В.Ф. Фатеев
ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл.
fateev@vniiftri.ru
«Альманах современной метрологии» № 3 (23) 2020, стр. 11–52
УДК 528.223
В статье развивается релятивистская теория квантового нивелира и сети «Квантовый футшток», принцип действия которых основан на измерении релятивистских эффектов замедления времени и гравитационного смещения частоты с помощью высокостабильных стандартов частоты и времени (СЧВ) с относительной нестабильностью не хуже 10–17. Выведены формулы для определения ортометрических высот и их разностей спомощью квантовых нивелиров, использующих стационарные и мобильные СЧВ. Приведены релятивистские соотношения для систем синхронизации квантовых нивелиров на основе метода релятивистской синхронизации и волоконно-оптических линий связи. Рассмотрены погрешности измерений, вызванные лунно-солнечными приливами, неравномерностью вращения Земли и неоднородностью гравитационного поля Земли, относительная величина которых превышает 10–19.
Ключевые слова: квантовый нивелир, релятивистские соотношения, ортометрические высоты, теория, метод, погрешности.
Цитируемая литература
1. Денисенко О.В., Фатеев В.Ф. Дорожная карта: методы и средства автономной навигации по гравитационному полю / Сборник докладов научно-технической конференции «Навигация по гравитационному полю Земли и её метрологическое обеспечение», 14–15 февраля 2017 г. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017. С. 5–16.
2. Angermann D., Gerstl M., Sánchez L., Gruber T., Hugentobler U., Steigenberger P., Heinkelmann R. (2016): GGOS Bureau of Products and Standards: Inventory of standards and conventions for geodesy / Rizos C., Willis P. (eds.) IAG 150 Years. IAG 2015. 143. 571–577. 10.1007/1345. 165.
3. Резолюция № 1 Международной ассоциации геодезии «Об определении и реализации международной опорной системе высот» [Электронный ресурс]. Прага, 2015. URL: http://iag.dgfi.tum.de/fileadmin/IAG-docs/IAG_Resolutions_2015.pdf.
4. Müller J., Dirkx D., Kopeikin S.M. et al. High Performance Clocks and Gravity Field Determination [Electronic resource] // Space Science Reviews. 2018. 214: 5. URL: https://doi.org/10.1007/s11214-017-0431-z.
5. Fateev V.F., Zharikov А.I., Sysoev V.P., Ribakov Е.А., Smirnov F.R. Experimental determination of Orthometric Heights Difference Based on Gravitational Effects of Time Dilation / 4th IAG Symposium on Terrestrial Gravimetry: Static and Mobile Measurements, 12–15 April. Saint Petersburg, 2016.
6. Фатеев В.Ф., Сысоев В.П., Рыбаков Е.А. Экспериментальное измерение гравитационного эффекта замедления времени с помощью перевозимых квантовых часов // Измерительная техника. № 4. C. 41–43; Fateev V.F., Sysoev V.P., Rubakov E.A. Experimental measurement of Gravitational Time Dilation using Transportable Quantum Clocks // Measurement Techniques. 2016. No. 59(4). P. 402–404.
7. Рыбаков Е.А., Фатеев В.Ф., Жариков. А.И., Сысоев В.П., Смирнов Ф.Р. Измерение разности гравитационных потенциалов и ортометрических высот двух разнесённых точек на поверхности Земли / Материалы VIII Международного симпозиума «Метрология времени и пространства», 14–16 сентября 2016 г., Санкт-Петербург. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», С. 189–192.
8. Фатеев В.Ф., Жариков А.И., Сысоев В.П., Рыбаков Е.А., Смирнов Ф.Р. Об измерении разности гравитационных потенциалов Земли с помощью перевозимых квантовых часов / Доклады Академии наук. Т. 472. № 2. С. 206–209; Fateev V.F., Zharikov A.I., Sysoev V.P., Rybakov E.A., Smirnov F.R. Measurement of the difference in the Earths Gravitational Potentials with the help of a Transportable Quantum Clock / Doklady Earth Sciences. 2017. V. 472. No. 1.
9. Бобров Д., Фатеев В., Рыбаков Е., Смирнов Ф. Действующие макеты квантового нивелира и результаты их экспериментальных исследований / 27-я Генеральная Ассамблея Международного союза геодезии и геофизики. Секция «Статическое гравитационное поле и высотная система», Poster G02p-368, 8–18 июля, Монреаль, Канада; Bobrov D., Fateev V., Rybakov E., Smirnov F. The Quantum level Operating maquettes and the results of their experimental studies / 27th International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) General Assembly. G02-Posters-Static Gravity Field and Height Systems, G02p-368. 8–18 Juli, Montreal, Canada.
10. Фатеев В.Ф., Рыбаков Е.А. Экспериментальные исследования квантового нивелира / Тезисы докладов II НТК «Навигация по гравитационному и магнитному полям Земли. Новые технологии». 29–31 октября 2019 г. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2019. С. 81.
11. Grotti J., Koller S., Vogt S. et al. Geodesy and metrology with a transportable optical clock // Nature Physics. 2018. May. V. 14. Р. 437–441.
12. Фатеев В.Ф., Рыбаков Е.А., Смирнов Ф.Р. Метод релятивистской синхронизации мобильных атомных часов и его экспериментальная проверка // Письма в Журнал технической физики. Т. 43. № 10. С. 3–11, 91–94; Fateev V.F., Rybakov E.A., Smirnov F.R. A Method Of Relativistic Synchronization Of Moving Atomic Clocks And Experimental Verification Thereof // Technical Physics Letters. 2017. V. 43. No. 5. С. 456–459.
13. Фатеев В.Ф. Релятивистская метрология околоземного пространства-времени: монография. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017. 439 с.
14. Delva P., Denker H., Lion G. Chronometric Geodesy: Methods and Applications / Puetzfeld D., Lämmerzahl C. (eds.) Relativistic Geodesy // Fundamental Theories of Physics. 2019. V. 196. Springer. Cham.
15. Донченко С.И., Денисенко О.В., Фатеев В.Ф., Рыбаков Е.А. Квантовый футшток: проблемы создания и возможности / Доклады научно-технической конференции «Навигация по гравитационному полю Земли и её метрологическое обеспечение». Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017.
16. Hirt C., Bürki B., Somieski A., Seeber G. Modern Determination of Vertical Deflections Using Digital Zenith Cameras // Journal of Surveying Engineering © ASCE. February 136:1–12.
17. Мурзабеков М.М., Фатеев В.Ф., Пругло А.В., Равдин С.С. Метод компенсации погрешности наклона оси телескопа в астроизмерителе уклонения нормали к геоиду // Астрономический журнал. 2018. Т. 95. № 12. С. 912–914.
18. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1967. 460 с.
19. Меллер К. Теория относительности. 2-е изд. М.: Атомиздат, 1975. 400 с.
20. Фатеев В.Ф., Копейкин С.М., Пасынок C.Л. Влияние неравномерности вращения Земли на релятивистские смещения частоты и времени наземных атомных часов // Измерительная техника. № 6. С. 41–45; Fateev V.F., Kopeikin S.M., Pasynok S.L. Effect of Irregularities in the Earth’s rotation on relativistic shifts in frequency and Time of Earthbound Atomic Clocks // Measurement Techniques. 2015. September. V. 58. I. 6. P. 647–654.
21. Абалакин В.К., Аксенов Е.П. и др. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. М.: Наука, 1971.
22. Petit G., Luzum B. (eds.). IERS Conventions 2010 // IERS Technical Notes. No. 36. P. 1–179.
23. Огородова Л.В., Шимбирев Б.П., Юзефович А.П. Гравиметрия. М.: Недра, 1978. 325 с.
24. Мельхиор П. Земные приливы // пер. с англ. под ред. Н.Н. Парийского. М.: Мир, 1968. 482 с.
25. Блинов И.Ю., Наумов А.В., Смирнов Ю.Ф. Результаты калибровки канала дуплексных сравнений шкал времени TWSTFT между ФГУП «ВНИИФТРИ» и PTB / Материалы 7-го Международного симпозиума «Метрология времени и пространства». 17–19 сентября 2014. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2014. С. 125–126.
26. Скакун И.О., Митрикас В.В. Сравнение шкал времени методом Common View по измерениям НКА ГЛОНАСС с учётом целочисленного свойства фазовых неоднозначностей // Гироскопия и навигация. 2017. Т. 25. № 4(99). С. 95–107.
27. Фатеев В.Ф. Преломляющие свойства гравитационной сферы Земли во вращающихся системах отсчёта // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. Т. 18. № 5. C. 73–82.
28. Фатеев В.Ф. Гравитационные и релятивистские эффекты в односторонней околоземной космической радиолинии // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. Т. 18. № 5. C. 83–93.
29. Колмогоров О.В., Прохоров Д.В., Донченко С.С., Щипунов А.Н. Система встречных сравнений шкал времени // Метрология времени и пространства. Материалы VIII Международного симпозиума, 14–16 сентября 2016 г., Санкт-Петербург. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2016. С. 222–227.
30. Донченко С.С., Колмогоров. О.В., Прохоров Д.В. Результаты экспериментальных исследований системы одно- и двухсторонних сравнений шкал времени / Метрология времени и пространства. Материалы VIII Международного симпозиума, 14–16 сентября 2016 г., Санкт-Петербург. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2016. С. 228–230.
Статья в полном объеме в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.