今年2月，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）成功探測(cè)到數(shù)十億年前兩個(gè)黑洞合并過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)空漣漪——引力波。最近，美國(guó)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(kāi)發(fā)了一個(gè)小型環(huán)形激光干涉儀，以探測(cè)地震引發(fā)的地旋和對(duì)流風(fēng)暴產(chǎn)生的次聲波等地球物理效應(yīng)，未來(lái)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(lái)講，我們證實(shí)了美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）一項(xiàng)長(zhǎng)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(shuō)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(shí)激光器就可以探測(cè)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(shí)了NOAA之前的研究結(jié)果。
那么該環(huán)形激光器是如何運(yùn)作的呢？首先，激光器等離子體管分別以順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较虬l(fā)射一激光束。如果激光腔以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，那么同樣以順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)的光子繞激光腔一周所用時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，而以逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)的光子所用時(shí)間更短。由于光速是一個(gè)常數(shù)，因此以不同方向運(yùn)動(dòng)的激光束所經(jīng)路徑長(zhǎng)度就不同，而路徑長(zhǎng)度的不同反過(guò)來(lái)會(huì)產(chǎn)生頻差。
當(dāng)以順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)的激光束復(fù)合在一起時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)相對(duì)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(cè)量出地球旋轉(zhuǎn)。對(duì)激光腔造成擾動(dòng)的現(xiàn)象會(huì)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(duì)其造成擾動(dòng)，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(cè)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(cè)到地震波的旋轉(zhuǎn)分量，因此也許可以減少地震帶來(lái)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(cè)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(dòng)機(jī)，環(huán)形激光器可探測(cè)到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)生的火山爆發(fā)，從而確保該地區(qū)飛機(jī)的飛行安全。
鄧恩強(qiáng)調(diào)，“現(xiàn)在所有的結(jié)果可以說(shuō)還只是個(gè)開(kāi)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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