"Радиоастрон" поможет проверить теорию относительности с большей точностью

Водородный стандарт частоты на борту космического радиотелескопа "РадиоАстрон" поможет исследователям выяснить, насколько изменяется течение времени при ослаблении гравитационного поля Земли, рассказал корр. ТАСС Александр Бирюков, заведующий лабораторией Аппаратуры и методов орбитальной радиоинтерферометрии (на сверхдлинных базах) Физического института им. П.А. Лебедева РАН.

Cтандарты частоты используются для формирования высокоточных атомных шкал времени. Одна секунда такой шкалы соответствует определенному числу переходов электронов между двумя энергетическими уровнями атома какого-либо вещества.

"На долговременной высокоапогейной орбите водородных стандартов частоты еще не было. У нас - первая такая попытка", - отметил Бирюков.

Согласно теории относительности, время в слабом гравитационном поле течет быстрее, чем в сильном. Из-за ослабления гравитационного взаимодействия при удалении космического аппарата от центра Земли время, необходимое атомам для совершения одного перехода, уменьшается, то есть повышается частота излучения. В результате сигнал на "РадиоАстроне" имеет "добавку", приобретенную от воздействия земного гравитационного поля.

В 1976 году похожий эксперимент проводили американские ученые. В нем стандарт частоты находился на ракете, запущенной на высоту порядка 10 000 км. Точность их измерений составила 0,04% . Сейчас наши ученые задались целью "этот результат подтвердить и по возможности улучшить", - сказал исследователь.

"РадиоАстрон" обращается вокруг Земли по вытянутой орбите, уходя от планеты на 300 000 км. По своей орбите он проходит примерно за 9 суток. Сформированная на основе сигнала водородного стандарта шкала времени передается по радиоканалу на Землю. Здесь она сравнивается с той, что выдает такой же стандарт, оставшийся на Земле.

"Однако не все так просто. Пока сигнал проходит от спутника до Земли, он приобретает различные "добавки"", - пояснил ученый. Одна из таких "добавок" - допплеровское смещение частоты. Эффект Допплера можно легко наблюдать, если прислушаться к тому, как повышается и понижается тон сирены автомобиля скорой помощи при приближении к слушателю и удалении от него, соответственно. Это происходит из-за изменения длинны звуковой волны. То же самое происходит и с волнами электромагнитного диапазона при движении источника относительно наблюдателя.

"Допплеровская поправка в нашем радиоканале на частоте 8 ГГц составляет 20 КГц, а вклад гравитационного смещения находится где-то в районе 5 Гц. Кроме того, есть еще релятивистские и аппаратурные поправки, поправки на влияние ионосферы и тропосферы", - рассказал Бирюков.

Если вычесть все эти поправки, в "сухом остатке" получится гравитационное смещение. Однако специалисты, работающие с "РадиоАстроном", используют следующий способ. Если сигнал соответствующей частоты отправить с Земли на спутник, то его частота по прибытии "туда" изменится из-за влияния гравитации. Если потом этот сигнал вернуть на Землю, то на обратном пути гравитационный вклад компенсируется, а влияние всех остальных факторов останется. А если отправить с "РадиоАстрона" на Землю по параллельному радиоканалу сигнал от бортового стандарта частоты, то при сравнении на Земле упомянутых сигналов можно выделить гравитационное смещение.

Использование орбитального режима полета спутника позволяет получать серию измерительных данных с различных витков и при использовании методов статистической обработки повышать точность измерений.

Сейчас у ученых есть данные предварительных калибровочных измерений. А до конца 2016 года они надеются получить значимые научные результаты.