新型环形激光器实现无望远镜卫星精准测量地轴晃动

该环形激光器记录轴心波动的时间分辨率低于60分钟。

德国科学家利用高灵敏度地下环形激光器，在不依赖望远镜、卫星或外部参考信号的情况下，成功追踪地球轴向晃动。由慕尼黑工业大学（TUM）和波恩大学组成的科研团队通过定制环形激光器，首次以超越传统射电天文技术的精度记录了地球的细微自转波动。

这台位于巴伐利亚韦策尔大地测量观测站的独特仪器，其测量精度比以往任何环形激光器或陀螺仪高出100倍。"我们在地球测量领域取得了重大突破，"研究主要负责人、慕尼黑工业大学物理与天文学系教授乌尔里希·施赖伯博士表示，"我们的环形激光器实现了全球独一无二的测量能力。"

该团队通过持续250天的实验，成功捕获地球轴心的复杂运动轨迹，其中包括以往只能通过全球大型射电望远镜网络观测到的岁差和章动现象。

太空中的微妙晃动

尽管通常被描绘为固定直线，但贯穿南北极的地球轴心始终处于运动状态。在地球自转过程中，地轴会逐渐漂移和晃动。这些微小波动由多重因素叠加导致：包括月球和太阳的引力作用，以及地球赤道区域略为扁平的特殊形态。

其中最显著的岁差现象 —— 地轴缓慢的圆周运动，需约26,000年才能完成完整周期。当前地轴几乎直指北极星，但未来终将回归初始位置。在此缓慢漂移之上，还叠加着更频繁的小幅度振荡（即章动）。主导章动周期约18.6年，同时存在每周甚至每日波动的更短周期。这使得地轴晃动呈现不均匀的强度变化。

从数日到数小时的突破

传统测量需依赖跨大陆的甚长基线干涉测量（VLBI）站网络，通过三角定位宇宙无线电信号确定地球朝向。该过程不仅复杂耗时且成本高昂。而新型环形激光器能在近实时状态下捕获轴向变化，每小时甚至更短时间即可提供高分辨率数据更新。

在250天连续监测中，该设备直接记录了所有波动效应，实现了不依赖外部信号的惯性传感器精度革命。研究团队表示，若将测量精度再提升10倍，未来甚至能探测地球自转引发的时空扭曲，这将直接验证爱因斯坦的相对论，并首次实现从地表观测兰斯-蒂林效应（即时空拖拽现象）。

"我们的精度比陀螺仪及其他环形激光器高出100倍，"施赖伯在新闻发布会上强调，"精准测量地轴波动将助力我们更精确地理解和模拟地球系统。"

该研究成果已发表于《科学进展》期刊。

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