Л.Н. Жерихина¹, Г.Н. Измайлов², В.В. Озолин²

¹Физический институт РАН им. П.Н. Лебедева (ФИАН), Москва
²Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Москва
zherihinaln@lebedev.ru,
izmailov@mai.ru

«Альманах современной метрологии» № 4 (24) 2020, стр. 24–34

УДК 537

Навигация — одно из ключевых средств обеспечения космических полётов. Выполнение перелётов в дальнем космосе требует повышенной надёжности приборов, измеряющих положения реперных источников, операционных координат космического аппарата и интервалов времени. Методы сбора данных на основе ОТО и алгоритмы их обработки открывают новые возможности для решения задач навигации. В статье предложена схема сети сверхточных часов космического базирования для регистрации источников низкочастотных гравитационных волн в диапазоне 10^-3 — 0,1 Гц, генерируемых двойными нейтронными звездами и/или сливающимися черными дырами. Приводится схема регистрации гравитационных волн с помощью данной сети, и даются оценки точности измерений. Рассматривается схема кольцевого квантового интерферометра на волнах материи для регистрации эффекта Лензе-Тирринга (измерения гравимагнитной составляющей гравитационного поля, возникающей в результате вращения массы).

Ключевые слова: навигация, космос, общая теория относительности, гравитационные волны, Лензе-Тирринг, интерферометр, жидкий гелий.

Цитируемая литература

1. Уальд Р.М. Общая теория относительности пер. с англ. [под ред. И.Л. Бухбиндера, С.В. Червона]. — М: РУДН, 2008, 693 с.

2. Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация [ред.: Брагинский В. Б., Новиков И. Д.; пер. с англ. Полнарёв А. Г.]. — М.: Мир, 1977. Т. 3. С. 161–283. Часть VIII. Гравитационные волны.

3. Измайлов Г.Н. Поперечное сечение гравитационных антенн, жёсткость вакуума и слабость гравитационных волн. //Измерительная техника. 2011. №5. С. 6-10; G.N. Izmaïlov // Meas. Techn. 2011. 54. С. 474–479. DOI https://doi.org/10.1007/s11018-011-9752-6.

4. Abbott B. P. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) et al. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger //  Phys. Rev. Lett. 2016. 116. № 6. — DOI:10.1103/PhysRevLett.116.061102.

5. Пустовойт В.И., Морозов А.Н., Гладышев В.О., Измайлов Г.Н. Лазерные гравитационно-волновые антенны. — М. Изд-во МГТУ им. Баумана. 2016. 63 с.

6. Измайлов Г.Н. Излучение гравитационных волн и их регистрация // Измерительная техника. 2016 № 6. С. 10–15; G.N. Izmaïlov // Meas. Techn. 2016. 59. № 6. С. 560–565, DOI:10.1007/s11018-016-1008-z.

7. Hulse R. A. and Taylor J. H. A high sensitivity pulsar survey // Astrophys. 1974. J. Lett. 191. Р. 59–61.

8. Vessot R. F. C. et al. Test of Relativistic Gravitation with a Space-Borne Hydrogen Maser. 1980 // Phys. Rev. Lett.. 45 (26). р. 2081–2084. Bibcode:1980PhRvL. 45.2081V. DOI:10.1103/Phys Rev Lett.45.2081.

9. Авраменко А.Е. Пульсар: Природный эталон времени-пространства . 2019. — М.: Изд. стереотипн. URSS. 200 с.

10. Брагинский В. Б., Герценштейн М.Е. К вопросу об эффективности генерации и обнаружения гравитационных волн. 1967 // Письма в ЖЭТФ. № 5. С. 348–351; Braginsky V.B., Gertzenstein M.E. Concerning the effective generation and observation of gravitational waves //JETP Letters. 5. №. 9. р. 287–289.; Thorne K. S. and Braginsky V. B. Gravitational-wave bursts from nuclei of distant galaxies and quasars: Proposal for detection using Dopler tracking of interplanetary spacecraft // Astrophys. J. 1976. 204. Р. 1–6.

11. Sazhin M. V. Opportunities for detecting ultralong gravitational waves // Soviet Astronomy. 1978. 22. Р. 36–39.

12. Estabrook F. B. and Wahlquist H. D.. Response of Doppler Spacecraft Tracking to Gravitational Radiation // Gen. Rel. Grav. 1975. 6. Р. 439–447.

13. Detweiler S.. Pulsar timing measurements and the search for gravitational waves // ApJ. 1979. 234. Р. 1100-04.

14. Armstrong J. W. Low-Frequency Gravitational Wave Searches Using Spacecraft Doppler Tracking // Living Rev. Relativity. 2006. 9. С. 1. DOI 10.12942/lrr-2006-1.

15. Gusev A.V., Porayko N.K. Rudenko V.N. Detection of gravitational radiation from supermassive black hole binaries via pulsar timing // Gravit. Cosmol. 2014. 20. Р. 290. URL: https://doi.org/10.1134/S0202289314040057.

16. Feder T. Pulsar timing arrays are poised to reveal gravitational waves physics // Physics Today 70, 7, 26 (2017); doi: 10.1063/PT.3.3621.

17. McGrew W. F. et al. Atomic clock performance beyond Earth’s gravitational limit // Nature. 2018. 564. Р. 87–90. URL: https://www.nist.gov/publications/atomic-clock-performance-beyond-earth146s-gravitational-limit 2018.

18. Wang J.B. et al. Comparison of Pulsar Positions from Timing and Very Long Baseline Astrometry // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, V. 469, Issue 1, July 2017. P. 425 434, https://doi.org/10.1093/mnras/stx837. 

19. Arnold K.J., Kaewuam R., Roy A., Tan T.R. & Barrett M.D.. Blackbody radiation shift assessment for a lutetium ion (Lu+) clock // Nature Communications. 2018. 9. Р. 16. DOI: 10.1038/s41467-018-04079-x.

20. Deep Space Atomic Clock (DSAC). NASA’s Space Technology Mission Directorate. Accessed on 10 December 2018. URL: https://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/clock/index.html.

21. Nonlinear Gravitodynamics: The Lense-Thirring Effect. Ed. R. Ruffini and C. Sigismondi. (University of Rome “La Sapienza”, Italy). 2003 //World Scientific Pub Co Pte Lt. 524 р.

22. Everitt et al. Gravity Probe B. Final Results of a Space Experiment to Test General Relativity // Phys. Rev. Lett. 2011. 106 (22): 221101. URL: arXiv:1105.3456. Bibcode: 2011PhRvL.106v1101E. doi:10.1103/PhysRevLett.106.221101. PMID 21702590.

23. Iorio L. An Assessment of the Systematic Uncertainty in Present and Future Tests of the Lense–Thirring Effect with Satellite Laser Ranging // Space Science Reviews. 2009. 148 (1–4): 363–381. URL: arXiv:0809.1373. Bibcode:2009SSRv. 148. 363I. doi:10.1007/s11214-008-9478-1.

24. Venkatraman V. Kr.et al. Lense–Thirring frame dragging induced by a fast-rotating white dwarf in a binary pulsar system // Science. 2020. 367. 6477. Р. 577-580 URL: DOI: 10.1126/science.aax7007.

25. Головашкин А.И., Жерихина Л.Н., Цховребов А.М., Измайлов Г.Н. Сверхвысокочувствительная детектирующая система сквид — магнитостриктор 2012 // Квантовая электроника. 42. № 12. С. 1140.

26. Головашкин А.И., Жерихина Л.Н., Цховребов А.М., Измайлов Г.Н., Озолин В.В. Обычные СКВИД-интерферометры и интерферометры на волнах материи в сверхтекучем гелии: роль квантовых флуктуаций // ЖЭТФ. 2010. 138. Вып. 2. С. 373–380.

27. Jaffe M. et al. Testing sub-gravitational forces on atoms from a miniature in-vacuum source mass // Nature Physics. 2017. 13. Р. 938–942.

28. Strominger A. On BMS Invariance of Gravitational Scattering // JHEP. 2014. 152. URL: arXiv hep-th/1312.2229.

29. Levin Yu. et al. Detecting Gravitational-Wave Memory with LIGO: Implications of GW150914 // Phys. Rev. Lett. 2016. 117. Р. 061102

30. Hübner M. et al. Thanks for the memory: measuring gravitational-wave memory in the first LIGO/Virgo gravitational-wave transient catalog. 2019. URL: arXiv:1911.12496.

Статья в полном объеме в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.