今年2月，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）成功探測到數(shù)十億年前兩個黑洞合并過程中產(chǎn)生的時空漣漪——引力波。最近，美國漢德里克斯學(xué)院的科學(xué)家在《應(yīng)用物理學(xué)雜志》（Journal of Applied Physics）上發(fā)表研究稱，其開發(fā)了一個小型環(huán)形激光干涉儀，以探測地震引發(fā)的地旋和對流風(fēng)暴產(chǎn)生的次聲波等地球物理效應(yīng)，未來該技術(shù)或可應(yīng)用于颶風(fēng)、龍卷風(fēng)和火山爆發(fā)等自然災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。
“從本質(zhì)上來講，我們證實了美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）一項長期研究得出的許多結(jié)果，但我們用環(huán)形激光器替代了傳聲器。”漢德里克斯學(xué)院物理學(xué)教授羅伯特·鄧恩說道。
該環(huán)形激光干涉儀可以清晰地顯示出次聲波的頻譜，尤其需要指出的是，在龍卷風(fēng)到達(dá)地面前30分鐘時激光器就可以探測到龍卷風(fēng)產(chǎn)生的次聲波。研究者發(fā)現(xiàn)，龍卷風(fēng)產(chǎn)生的次聲波可以傳播1000公里遠(yuǎn)，這證實了NOAA之前的研究結(jié)果。
那么該環(huán)形激光器是如何運作的呢？首先，激光器等離子體管分別以順時針和逆時針方向發(fā)射一激光束。如果激光腔以順時針方向旋轉(zhuǎn)，那么同樣以順時針方向運動的光子繞激光腔一周所用時間會更長，而以逆時針方向運動的光子所用時間更短。由于光速是一個常數(shù)，因此以不同方向運動的激光束所經(jīng)路徑長度就不同，而路徑長度的不同反過來會產(chǎn)生頻差。
當(dāng)以順時針和逆時針方向運動的激光束復(fù)合在一起時，就會產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的“拍音”。地球一直在不停旋轉(zhuǎn)，利用水平環(huán)形激光器可以測量出地球旋轉(zhuǎn)。對激光腔造成擾動的現(xiàn)象會改變地球的拍音頻率。這就意味著，進(jìn)入激光腔的次聲波可對其造成擾動，從而改變地球旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拍音頻率。
該儀器可以在龍卷風(fēng)到達(dá)地面前30分鐘探測出其產(chǎn)生的次聲波，結(jié)合多普勒雷達(dá)，在預(yù)警系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。此外，由于其可以探測到地震波的旋轉(zhuǎn)分量，因此也許可以減少地震帶來的損害。
除了可用于龍卷風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，環(huán)形激光器還能探測到颶風(fēng)和火山爆發(fā)產(chǎn)生的次聲波?；鹕交铱蓺膰姎獍l(fā)動機，環(huán)形激光器可探測到遙遠(yuǎn)地點發(fā)生的火山爆發(fā)，從而確保該地區(qū)飛機的飛行安全。
鄧恩強調(diào)，“現(xiàn)在所有的結(jié)果可以說還只是個開始，我們的目標(biāo)是不斷探索環(huán)形激光器在防災(zāi)減災(zāi)上的應(yīng)用。”
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