Бавното време

Теорията на относителността ще се проверява с нова точност.

Водородният стандарт на честота на борда на космическия радиотелескоп Радиоастрон ще помогне на изследователите да изяснят доколко се изменя течението на времето при отслабване на гравитационното поле на Земята.

Стандартите за честота се използват за формиране на високочестотни атомни скали на времето. Една секунда от такава скала съответства на определен брой преходи на електроните между две енергийни нива на атома от някое вещество.

„На дълговременна високоапогейна орбита водородни стандарти на честоти още не е имало. Ние правим първия опит“, отбелязват руските изследователи.

Съгласно теорията на относителността времето в слабо гравитационно поле тече по-бързо, отколкото в силно. Поради отслабването на гравитационното взаимодействие при отдалечаване на космически апарат от центъра на Земята, необходимо на атомите за извършване на един преход, намалява, тоест повишава се честотата на излъчване. В резултат сигналът на Радиоастрон има „добавка“, придобита от въздействието на земното гравитационно поле.

През 1976 година подобен експеримент е провеждан от американски учени. В него стандартът за честота се намирал на ракета, пусната на височина около 10 000 км. Точността на измерването била 0,04%. Сега нашите учени си задали за цел този резултат да бъде потвърден и по възможност – подобрен.

Радиоастрон се върти около Земята по разтеглена орбита, като се отдалечава на 300 000 км от планетата. Той обикаля своята орбита за около 9 дни. Формираната на основата на сигнала водороден стандарт скала на времето се предава по радиоканал на Земята. Тук тя се сравнява с тази, която издава същия стандарт, само че на Земята.

„Но не всичко е толкова просто. Докато сигналът премине от спътника до Земята, той придобива различни „добавки“, пояснява ученият. Една от такива добавки е Доплерово изместване на честотата. Доплеровият ефект може лесно да се наблюдава при вслушване към това как се повишава и понижава тонът на сирена на автомобил на „Бърза помощ“ при приближаване към слушателя и отдалечаване от него.

Това протича поради измененията на дължината на звуковата вълна. Същото протича и с вълните от електромагнитния диапазон при движение на източника спрямо наблюдателя.

„Доплеровата поправка в нашия радиоканал на честота 8 гигахерца е 29 килохерца, а приносът на гравитационното изместване се намира някъде в района на 5 херца. Освен това има релативистка и апаратна поправка, поправка на влиянието на йоносферата и тропосфераа“, разказват от Радиоастрон.

Ако се изчислят всички тези поправки в „сух остатък“, ще се получи гравитационно изместване. Но специалистите, работещи с Радиоастрон, използват следния способ. Ако сигналът със съответстваща честота се изпрати от Земята на спътник, то неговата честата при пристигането там ще се измени поради влиянието на гравитацията.

Ако след това сигналът се върне на Земята, то на обратния път гравитационният принос се компенсира, а влиянието на всички останали фактори остава. А ако се изпрати с от Радиоастрон на Земята по успореден радиоканал сигнал от бордовия стандарт на честота, то при сравняване на Земята споменатите сигнали може да се установи гравитационното изместване.

Използването на орбиталния режим на полет на спътника позволява да се получи серия измервателни данни от различни завъртания и при използването на методи за статистическа обработка да се повиши точността на измерванията.

Сега учените имат данни от предварителните калибровъчни измервания. А до края на 2016 година се надяват да получат значими научни резултати.