Wissenschaft

Durchbruch: Neueste Atomuhren können die inneren Strukturen der Erde auflösen

Durchbruch: Neueste Atomuhren können die inneren Strukturen der Erde auflösen

Ultrapräzise tragbare Atomuhren stehen kurz vor dem Durchbruch. Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Zürich zeigt, dass es möglich sein könnte, die neueste Generation von Atomuhren zu verwenden, um Strukturen innerhalb der Erde aufzulösen.

Ein internationales Team unter der Leitung von Astrophysikern Philippe Jetzer und Ruxandra Bondarescu Die Universität Zürich ist davon überzeugt, dass hochpräzise tragbare Atomuhren die Identifizierung von Mineralvorkommen oder verborgenen Wasserressourcen innerhalb der Erde mithilfe von Uhren in den nächsten zehn Jahren Realität werden lassen. Sie sagen, dass solche Uhren die direkteste Messung des Geoids liefern - die wahre physische Form der Erde. Es wird auch möglich sein, zu kombinieren Atomuhren Messungen an existierenden geophysikalischen Methoden zur Erforschung des Erdinneren.

Das Geoid der Erde - die Oberfläche mit konstantem Gravitationspotential, die den mittleren Meeresspiegel erweitert - kann heute nur noch indirekt bestimmt werden. Auf Kontinenten kann das Geoid berechnet werden, indem die Höhe der Satelliten im Orbit verfolgt wird. Die Auswahl der richtigen Oberfläche ist ein kompliziertes, mehrwertiges Problem. Die räumliche Auflösung des auf diese Weise berechneten Geoids ist gering - ungefähr 100 km.

[caption id = "Anhang_1221" align = "aligncenter" width = "519"] Ein erster hochpräziser Atomuhr-Prototyp, ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), soll bereits 2014 in das Columbus Space Lab der Internationalen Raumstation (ISS) gebracht werden. [Bildquelle:Europäische Weltraumorganisation ESA, D. Ducros][/Bildbeschriftung]

Die Verwendung von Atomuhren zur Bestimmung des Geoids ist eine Idee, die auf der allgemeinen Relativitätstheorie basiert und für die diskutiert wurde letzten 30 Jahre. Uhren, die sich in unterschiedlichen Entfernungen von einem schweren Körper wie unserer Erde befinden, ticken unterschiedlich schnell. Je näher eine Uhr an einer schweren unterirdischen Struktur ist, desto langsamer tickt sie - eine Uhr, die über einem Eisenerz positioniert ist, tickt langsamer als eine Uhr, die über einer leeren Höhle steht. „In 2010 Ultrapräzise Atomuhren haben den Zeitunterschied zwischen zwei Uhren gemessen, von denen eine 33 Zentimeter über der anderen positioniert ist “, erklärt Bondarescu, bevor er hinzufügt:„ Die lokale Kartierung des Geoids auf eine äquivalente Höhe von 1 Zentimeter mit Atomuhren scheint ehrgeizig, aber in Reichweite von Atomuhr-Technologie. “

Laut Bondarescu könnte, wenn eine Atomuhr auf Meereshöhe platziert wird, d. H. Auf der exakten Höhe des Geoids, eine zweite Uhr irgendwo auf dem Kontinent positioniert werden, solange sie mit der ersten Uhr synchronisiert ist. Die Verbindung zwischen den Uhren kann mit einem Glasfaserkabel oder über einen Telekommunikationssatelliten hergestellt werden, sofern die Übertragung zuverlässig genug ist. Die zweite Uhr tickt schneller oder langsamer, je nachdem, ob sie sich über oder unter dem Geoid befindet. Die lokale Messung des Geoids kann dann mit anderen geophysikalischen Messungen kombiniert werden, z. B. mit Gravimetern, die die Beschleunigung des Gravitationsfelds messen, um eine bessere Vorstellung von der unterirdischen Struktur zu erhalten.

Bis 2022 Frühestens eine solche hochpräzise tragbare Atomuhr wird an Bord einer in den Weltraum fliegen ESA-Satellit", Sagt Professor Philippe JetzerDer Schweizer Delegierte für die Satellitenmission STE-Quest wollte die allgemeine Relativitätstheorie sehr genau testen. Bereits 2014 oder 2015 hat die „Atomuhrensemble im Weltraum ACES”Ist zum zu bringen Internationale Raumstation ISS. ACES ist ein erster Prototyp, der noch nicht die Präzision von STE-QUEST hat.


Schau das Video: Gravitationswellen 13 verschmelzende Schwarze Löcher Live im Hörsaal. Andreas Müller (Dezember 2021).