Étiquette : atomic clock

Fonte des glaces et mesure du temps sur Terre // Melting ice and measuring time on Earth

Pendant des siècles, pour mesurer le temps, l’être humain s’est basé sur la rotation de la Terre. Une rotation complète correspond à une journée de 24 heures, chaque heure contient 60 minutes, et chaque minute 60 secondes. La seconde était ainsi définie jusqu’en 1967. Mais il existe depuis cette date un autre système pour mesurer le temps, basé sur l’heure donnée par les horloges atomiques. Des technologies telles qu’Internet, le GPS et les réseaux de téléphonie mobile dépendent des signaux horaires extraordinairement précis de ces horloges.
Ces horloges atomiques définissent la seconde en termes de fréquence de la lumière impliquée dans une transition spécifique dans le césium atomique. La définition a été choisie de telle sorte que 86 400 secondes atomiques correspondent très étroitement à la durée d’un jour sur Terre – ce qui est la définition traditionnelle de la seconde. Cependant, la correspondance n’est pas exacte. Entre 1970 et 2020, la durée moyenne d’une journée sur Terre (la période de rotation de la Terre) était d’environ 1 à 2 ms plus longue que 86 400 s. Cela signifie que toutes les quelques années, un écart d’une seconde se crée entre le temps mesuré par la rotation de la Terre et le temps mesuré par une horloge atomique.
Depuis 1972, cet écart a été corrigé par l’insertion de 27 secondes intercalaires dans le temps universel coordonné (UTC). Ce processus de correction est compliqué par le fait que divers facteurs font varier la période de la Terre sur plusieurs échelles de temps différentes. Ainsi, des secondes intercalaires sont insérées lorsque cela est nécessaire, et non selon un calendrier régulier comme les années bissextiles. Neuf secondes intercalaires ont été insérées entre 1972 et 1979, par exemple, mais aucune n’a été insérée depuis 2016.
Depuis 2020 environ, la période moyenne de la Terre est tombée en dessous de 86 400 s. En d’autres termes, la rotation de la Terre semble s’accélérer. Cela est dû à l’intensification de la fonte des glaces au Groenland et en Antarctique, qui diminue la vitesse angulaire de la Terre. En effet, l’eau des pôles est redistribuée dans les océans,ce qui modifie le moment d’inertie de notre planète. Le moment cinétique étant conservé, ce changement entraîne une diminution de la vitesse angulaire. Cela retardera de trois ans la nécessité d’une seconde intercalaire négative. Une seconde intercalaire négative pourrait être nécessaire en 2029, mais elle pourrait être l’une des dernières car les métrologues ont décidé de supprimer la correction de la seconde intercalaire en 2035.
Source  : Médias d’information scientifique comme physicsworld.

Glaciers au Groenland Photo: C. Grandpey

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For centuries, to measure time, humans relied on the rotation of the Earth. A full rotation corresponds to a 24-hour day, each hour contains 60 minutes, and each minute 60 seconds. The second was thus defined until 1967. But since then there has been another system for measuring time, based on the time given by atomic clocks. Technologies such as the Internet, positioning systems and mobile-phone networks depend on the clocks’ extraordinarily  accurate time signals.

These atomic clocks define the second in terms of the frequency of light that is involved in a specific transition in atomic caesium. The definition was chosen so that 86,400 atomic seconds corresponds very closely to the length of a day on Earth – which is the traditional definition of the second. However, the correspondence is not exact. Between 1970 and 2020, the average length of a day on Earth (the period of Earth’s rotation) was about 1–2 ms longer than 86,400 s. This means that every few years, a second-long discrepancy builds up between time as measured by Earth’s rotation and time measured by an atomic clock.

Since 1972 this deviation has been corrected by the insertion of  27 leap seconds into co-ordinated universal time (UTC). This correction process is complicated by the fact that various factors cause Earth’s period to vary on a number of different time scales. So leap seconds are inserted when needed – not according to a regular schedule like leap years. Nine leap seconds were inserted in 1972–1979, for example, but none have been inserted since 2016.

Since about 2020 Earth’s average period has dipped below 86,400 s. In other words, Earth’s rotation appears to be speeding up. This is due to the increased melting of ice in Greenland and Antarctica which is decreasing the Earth’s angular velocity. This is because water from the poles is being redistributed throughout the oceans, thereby changing our planet’s moment of inertia. Because angular momentum is conserved, this change results in a decrease in angular velocity. This will postpone the need for a negative leap second by three years. A negative leap second could be needed in 2029, but it could be one of the last because metrologists have voted to get rid of the leap-second correction in 2035.

Source : Scientific news media like physics world.

https://physicsworld.com/

Horloges atomiques et prévision volcanique // Atomic clocks and volcanic prediction

drapeau francaisGrâce aux technologies modernes, les scientifiques testent régulièrement de nouvelles méhodes susceptibles de faire avancer la prévision des éruptions volcaniques. Il reste beaucoup à faire, mais chaque innovation doit être sérieusement prise en compte. C’est dans cette optique qu’une équipe de l’Université de Zurich a développé une méthode de surveillance des événements volcaniques en utilisant des horloges atomiques.
Les horloges atomiques sont les instruments les plus précis que l’on ait jamais construits pour mesurer le temps. En utilisant la vibration des atomes de césium à la place d’un pendule oscillant, elles atteignent un niveau de précision si élevé qu’elles perdent moins d’une seconde en 10 milliards d’années. Cela les rend extrêmement utiles pour toutes sortes d’applications, telles que l’astronomie, la physique, l’informatique et la navigation. Il se pourrait qu’elle soient bientôt utilisées également en géologie. En effet, une équipe dirigée par l’Institut de Physique de l’Université de Zurich a mis au point une méthode d’utilsation de ces horloges pour surveiller l’activité volcanique.
La technique repose sur la théorie de la relativité d’Einstein qui dit que le temps s’écoule à des vitesses différentes dans des circonstances différentes. C’est cet effet relativiste que l’équipe de Zurich veut utiliser pour étudier les volcans. Quand un volcan va entrer en éruption, la chambre magmatique se remplit, ce qui augmente la masse et donc la gravité locales. Une horloge atomique positionnée à proximité du volcan détectera ce changement car l’augmentation de la masse provoquera un ralentissement du temps. La vitesse de ce ralentissement, et donc la variation de la masse, peuvent être mesurées en comparant l’horloge sur le terrain à une horloge de référence installée à une certaine distance.
Cette technique est déjà utilisée, mais elle dépend de signaux GPS émis par les satellites qui s’appuient sur des horloges beaucoup moins précises, de sorte que les mesures peuvent prendre des mois, tandis qu’une horloge atomique peut effectuer le même travail en quelques heures.
L’équipe de Zurich pense que cette technique pourrait être opérationnelle dans quelques années. Elle permettrait de mettre en place un réseau d’horloges atomiques à l’aide de câbles à fibres optiques afin d’annoncer les éruptions. En outre, un tel réseau pourrait aussi être utilisé pour étudier les marées qui influent sur les mouvements de la mer, mais font également varier la masse de la Terre jusqu’à 50 centimètres deux fois par jour.
Source: Université de Zurich

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drapeau anglaisThanks to modern technologies, scientists are testing new ways to try and predict eruptions. There is still a long way to go but each innovation should seriously be taken into account.  Keeping up with this tendency, a team at the University of Zurich have developed a means of monitoring volcanic events using atomic clocks.
Atomic clocks are the most accurate timepieces ever constructed. Using the vibration of cesium atoms instead of a swinging pendulum, they attain a level of precision so fine that they lose less than one second in 10 billion years. This makes them extremely useful for all sorts of applications, such as astronomy, physics, computing and navigation. They might soon be used in geology as well. Indeed, a team led by the Institute of Physics from the University of Zurich has come up with a way to use these clocks to monitor volcanic activity.
The technique relies on Einstein’s theory of general relativity, which says that time flows at different rates in different circumstances. This relativistic effect is what the Zurich team is using to study volcanoes. When a volcano is approaching an eruption, chambers beneath it fill with molten magma. This increases the local mass, and therefore the local gravity. An atomic clock positioned in the vicinity of the volcano will detect this change because the increase in mass will cause time to slow down. The rate of this slowing, and hence the mass build up, can be measured by comparing the clock to a reference clock some distance away.
This technique is already in use, but it depends on GPS satellite signals which rely on much less precise clocks, so the measurements can take months, while an atomic clock can do the same job in a matter of hours.
The Zurich team’s hope is that the technique could be running in a few years by linking a network of atomic clocks using fiber optic cables as a new early warning system against eruptions. In addition, such a network could also be used to study tides that not only influence the movements of the sea, but also cause the Earth’s mass to shift by up to 50 centimetres twice a day.
Source: University of Zurich