Влияние приливных ускорений на точность работы хранителей времени.

Приливные ускорения создаваемые вращающимися гравитационными объектами оказывают сильное влияние на точность выработки частоты эталонами частоты. Причина кроется в непосредственном влиянии приливных ускорений на орбиту электронов, как вращающихся тел. Любое тело, находящееся в гравитационном поле другого вращающегося тела получает приливное ускорение (w):

w = Gj* Mi [ ωi * Ri * sin (ωi * t + φi)  —  ωj * Rj * sin  (ωj*t + φj)]/ R^3 [1]

где: Gj- гравитационная постоянная, учитывающая особенности тела , находящегося в гравитационном поле другого тела, применительно к данному случаю это гравитационная постоянная электрона;
М i- масса центрального дела; Земли, Солнца, Луны и т.д.
R — расстояние до центрального тела;
Ri  — радиус центрального тела;
ω i — скорость вращения центрального тела;
Rj — радиус электрона;
ωj — скорость вращения электрона;
φi; φj — начальные углы вращения.

рис.1 время.1

На (рис. 1) представлен датчик хранителя времени, состоящий из камеры (1), атомной пушки (2), резонатора (3). По формуле [1] производится вычисление приливных ускорений ( w з, w с ,w л ) действующих на атомы датчика и их проекция на ось (w Σх) датчика
wΣх  = w зх  +  w сх  + w лх ;   [2]
Вычисляется поправка к скорости излучения за время tо = L/ Vо ; где Vo — скорость излучения в вакууме.
Δ V =- w Σх * tо; [3]
Полученная поправка к скорости учитывается при вычислении частоты сигнала времени. Есть программы для вычисления приливных ускорений Солнца и Луны, которые применяются в гравиметрии, но основную ошибку вызывает приливное ускорение Земли:

а = G*M1/(R+H)^2  + 2(G1 +δ G1)*M1 [ R1ω1 sin (ω1 t + φ1) — (R1 + H) ω2 sin (ω2 t +φ2)] /( R1+H)^3     [4]

где:
G = 6,67 ^-11  m^3/ kg sec^2 -гравитационная постоянная;
G1- гравитационная постоянная для первой производной приливного ускорения, которую определяют по результатам калибровки типового прибора;
δ G1=-ΔG1 -погрешность первой производной для конкретного прибора;
H-расстояние до поверхности Земли;
М1 = 5,97 10^24 kg.  масса Земли;
R1 = 6,37 10^ 6 m -радиус Земли;
ω1 -угловая скорость вращения Земли;
ω2 -угловая скорость вращения прибора хранителя времени;
T1 = 60*60*24 sec – период вращения Земли.

Методика определения поправки хранителя времени заключается в определении разности ухода  на двух заданных высотах над уровнем поверхности и последующим перерасчетом поправки на произвольную высоту с использованием определенной гравитационной постоянной для первой производной приливного ускорения (G1 — ΔG1). Уход частоты от расчетного может получится, при прочих известных членах уравнения [4] только из-за неточного знания (δG1=ΔG1), которая у всех приборов разная и является инструментальной погрешностью. Методика основывается на том факте, что уход частоты пропорционален изменению действующего ускорения. Похожую методику, по сообщениям печати, используют в Японии.

ТОКИО, 8 апреля.2020 г. /ТАСС/. Японские ученые экспериментально доказали, что на удалении от поверхности земли течение времени ускоряется. Это подтверждает гипотезу Альберта Эйнштейна о том, что гравитация влияет на течение времени, пишет газета «Майнити»
В ходе эксперимента физики под руководством профессора Токийского университета Хидэтоси Катори использовали оптические атомные часы, которые используют для калибровки колебания квантовых частиц. Этот прибор очень точен: чтобы такие часы отстали хотя бы на секунду, должно пройти не менее 30 млрд лет.
Ученые разместили синхронизированные друг с другом часы на первом этаже самого высокого в Японии небоскреба Tokyo Sky Tree и на его смотровой площадке, на высоте 450 метров от поверхности земли.
Сверка показаний выявила, что часы на смотровой площадке, шли примерно на 5 сто триллионных долей секунды быстрее, чем часы на первом этаже. За сутки отставание «нижних часов» составило примерно 4,3 наносекунды (наносекунда – одна миллиардная часть секунды).
Согласно расчетам исследователей, за один год разница между часами составила бы примерно 1,6 микросекунды (микросекунда – одна миллионная часть секунды). Авторы эксперимента не нашли этому иного объяснение кроме того, что ход «нижних часов» замедляла сила гравитации.

Особо следует упомянуть о зависимости поправки времени из-за  ее ухода с течением времени (рис.2). В настоящий момент она составляет +1,78 миллисекунд за сто лет. Уход этот определяется только за счет удаления Земли от Солнца. В настоящий момент (2020 г.) среднее расстояние составляет 149,6 млн.км. Нулевой уход наблюдался в 1350 году до нашей эры, когда наблюдался перигелий орбиты Земли относительно Солнца по прецессионному движению с периодом 18800 лет согласно температуре ледовых кернов Гренландии. Нижняя шкала рис.2 выполнена в оцифровке по времени, в соответствии принятым летоисчислением. От расстояния до Солнца поправка изменяется линейно, а с течением времени по синусной зависимости. В некоторых прикладных задачах необходимо учитывать зависимость хода времени на разных орбитах относительно принятой средней орбиты. Желтым цветом показано колебание расстояния до Солнца в современную эпоху, а серым- колебания поправки соответствующей этим расстояниям.

время.2png

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.