L'accelerazione di gravità in Metrologia, Geofisica e Geodesia: utilizzo e riferibilità della misura

L’informazione che può essere derivata dalla conoscenza dell’accelerazione dovuta al campo gravitazionale terrestre (convenzionalmente indicata con il simbolo g) è di fondamentale importanza in Metrologia ed in alcuni settori della Geofisica e della Geodesia. L’accelerazione di gravità è spesso considerata una costante fisica. In realtà essa è una quantità geofisica che varia rispetto alla posizione sulla Terra ed al tempo nello stesso luogo. Gli strumenti utilizzati nella sua determinazione sono i gravimetri assoluti e relativi. I primi forniscono una stima assoluta riferendosi ai campioni di lunghezza e di tempo. I secondi misurano una variazione riferendosi ad una differenza nota del campo gravitazionale. In Metrologia il valore assoluto dell’accelerazione di gravità è tradizionalmente utilizzato nella realizzazione dell’unità di forza e di quelle unità SI da essa derivate (coppia, durezza e pressione). Recentemente la stima di g ha anche assunto un ruolo importante nella determinazione delle costanti fondamentali, come la costante di Planck, su cui si basa una possibile ridefinizione del kilogrammo. In Geofisica e Geodesia la conoscenza del campo gravitazionale fornisce informa-zioni sulla distribuzione delle masse e sulla densità della crosta terrestre. La misura delle variazioni temporali di g è correlata a fenomeni geodinamici. Questi possono essere lenti e di piccola entità oppure veloci ed intensi secondo la dinamicità del sito di misura. Il monitoraggio del campo gravitazionale si basa su misure relative rispetto a stazioni di riferimento assolute, poste in una zona stabile in prossimità dell’area dinamica di interesse. La stabilità delle stazioni di riferimento è verificata ripetendo periodicamente la misura assoluta di g. Dal 2005 è operativo il nuovo gravimetro assoluto trasportabile IMGC-02, sviluppato nei laboratori dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica INRiM. L’IMGC-02 adotta il metodo balistico, riconosciuto come metodo primario per la misura dell’accelerazione di gravità. Il principio utilizzato è quello del moto simmetrico, in cui un grave è lanciato verso l’alto in una camera a vuoto acquisendone la traiettoria spazio-temporale con metodi ottico-interferometrici. Si utilizza uno schema derivato dall’interferometro Michelson sostituendo i tradizionali specchi con retro-riflettori a spigolo di cubo. Uno dei due retro-riflettori è reso solidale alla massa pseudo-inerziale di un sismometro mentre l’altro è direttamente soggetto al moto di caduta libera. L’accelerazione di gravità è ricavata minimizzando gli scarti tra le coordinate spazio-temporali del grave registrate durante l’esperimento ed un’equazione di modello del moto.