Atompulksteņi Zemes ģeoīda mērīšanai no zemes

Zemes ģeoīds ir forma, kādu planēta ieņemtu, ja tās virsma būtu veidota no ūdens. Protams, ir maz strīdu par ģeoīda formu okeānos, kur tas mainās tikai par 100 metriem, jo ​​mainās Zemes apakšzemes blīvums.

Taču virs zemes ģeoīdu ir daudz grūtāk noteikt. Fiziķi to dara, mērot satelītu augstumu virs jūras līmeņa, kad tie orbītā. Pēc tam viņi sasmalcina datus, lai aprēķinātu virsmas formu, kas visprecīzāk atveido globālo jūras līmeni. Pēc tam viņi to ekstrapolē visos kontinentos.

Taču rezultātiem ir būtiski ierobežojumi. Pirmkārt, aprēķini ir intensīvi un risinājumi var būt daudzvērtīgi, tāpēc ir jāpieņem subjektīvs lēmums, lai izvēlētos noteiktu vērtību. Turklāt rezultātu telpiskā izšķirtspēja ir ierobežota līdz 400 km.

Kontinentos, kur Zemes garozā un zem tās ir neskaitāmas blīvuma atšķirības, tas nav pietiekami labs, lai atklātu daudzus svarīgus ģeoloģiskos veidojumus, piemēram, šķidruma rezervuārus un tā tālāk.

Šodien Ruksandra Bondaresku no Cīrihes universitātes Šveicē saka, ka ir labāks veids, kā to izdarīt, vai vismaz drīzumā tas būs, pamatojoties uz atompulksteņiem.

Saskaņā ar vispārējo relativitāti pulksteņiem, kas atrodas dažādos attālumos no masīva ķermeņa, vajadzētu tikšķēt ar dažādu ātrumu; jo tuvāk iet lēnāk. Bet atšķirība ir niecīga, daudz mazāka, nekā bija iespējams detalizēti izmērīt. Vēl nesen.

2010. gadā fiziķi izmantoja šo ideju, lai izmērītu 33 cm augstuma izmaiņas starp diviem pulksteņiem, kas savienoti ar optisko šķiedru. Tas ir vairāk detaļu, lai iegūtu labu priekšstatu par ģeoīda formu.

Ideja, saka Bondarescu un co, ir novietot vienu pulksteni jūras līmenī, kur tas atrodas tieši ģeoīda augstumā. Otrais pulkstenis tiek aizvests uz kādu punktu iekšzemē, kur tas tiek sinhronizēts ar pirmo, izmantojot šķiedru.

Otrais pulkstenis darbosies ātrāk vai lēnāk, atkarībā no tā, vai tas atrodas virs vai zem ģeoīda. Pulksteņa frekvences izmaiņas precīzi atklāj, cik augstāks otrais pulkstenis atrodas virs vai zem ģeoīda.

Priekšrocība salīdzinājumā ar satelīta metodēm ir, pirmkārt, tā, ka tā ir daudz precīzāka, un, otrkārt, tas ir tiešs ģeoīda mērījums šajā vietā, nevis netiešs, kas pirms atbildes sniegšanas ir plaši jāapstrādā.

Ir mīnusi, protams. Būtiskākais ir tas, ka atompulksteņi ar nepieciešamo precizitāti ir pieejami tikai laboratorijā. Dažu nākamo gadu laikā tas mainīsies. Dažādas grupas būvē pārnēsājamus pulksteņus ar nepieredzētu precizitāti.

Piemēram, Eiropas Kosmosa aģentūra strādā pie pulksteņa ar precizitāti viena daļa no 10^18, kas paredzēts darbībai kosmosā. Mērķis ir pārbaudīt līdzvērtības principu (ja misija tiek finansēta).

Bondaresku un kolēģi saka, ka šāda veida jutīgums atdzīvinās visu veidu pazemes detaļas. Vienā skaitliskā piemērā tie parāda, ka mūsdienu labākajiem pulksteņiem būtu jāspēj noteikt ģeoīda traucējumus, ko izraisa 1,5 km rādiusa sfēra ar 20% blīvuma anomāliju, kas aprakta 2 km dziļumā Zemes garozā.

Ģeoīda mērīšana, izmantojot atompulksteņus, protams, nav jauna ideja. Cilvēki par šādu iespēju runā jau divdesmit gadus. Šī Bondarescu un līdzbiedru raksta mērķis ir uzsvērt faktu, ka atompulksteņi, kas ir pietiekami precīzi, lai veiktu šo darbu, tagad ir redzami kā jaudas un drīzumā nonāks brīvā dabā.

Kad tas notiks, mēs varēsim kartēt ģeoīdu un zemes virsmas struktūras, kas to nosaka ar nepieredzētu precizitāti.

Atsauce: arxiv.org/abs/1209.2889 : Atompulksteņu ģeofiziskā pielietojamība: tieša kontinentālā ģeoīdu kartēšana

paslēpties