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用时间测量结构

归档日期:09-15       文本归类:大地水准测量      文章编辑:爱尚语录

  将被送上国际空间站的“太空原子钟组合”(右图)可用于地球物理勘测(上图)。

  你是否想过用一台时钟来勘测矿物沉积、寻找地球内部的水资源呢?据物理学家组织网近日报道,一个由苏黎世大学科学家领导的国际研究小组证明,最新一代的原子钟有望成为人们测量地球形状、分析地球内部结构的有力工具。超精准便携式原子钟正面临着这一突破,这一设想在未来10年内就有可能成为现实。

  领导该研究的苏黎世大学天体物理学家菲利普·杰泽和拉克山德拉·邦达雷斯库认为,超精准便携式原子钟的精确度已经达到了地球物理勘测要求的水平,比如为绘制大地水准面提供最直接的测量。结合原子钟与现有的地球物理学测量方法,还可能探测地球内部。

  大地水准面是地球的实际物理形状,也就是与静止海洋面完全重合的重力等位面(连结重力势能相同点所构成的面,称为重力等位面)。以前只能用间接方法测量,比如在各大洲,通过跟踪轨道卫星的高度来计算大地水准面,而且要确定正确的表面非常复杂,有多个选择。用这种方法算出的大地水准面空间分辨率很低,大约精确到100公里。

  而用原子钟来确定大地水准面,依据是广义相对论的观点:放在地球不同位置的时钟由于到重心的距离不同,其运行速率也不同,距地下重心越近,行走越慢,也就是说,放在地球铁核上的钟比其上方洞穴中的钟走得慢。“在2010年,人们已经用超精准原子钟测出了两个高度相差仅33厘米的时钟之间的时差。”邦达雷斯库解释说,“比如要画出距大地水准面1厘米的局部重力等位面,听起来不太可能,但用原子钟技术就可以做到。”

  用原子钟还能进行地球物理勘测。邦达雷斯库介绍,如果把一个原子钟放在海平面,即大地水准面的某个确定纬度,而把另一个放在陆地上任意位置,其时间与上一个原子钟同步,两个钟之间用光纤或通讯卫星建立起联系。秒表走的速度将会和原子钟不同,快还是慢取决于秒表是放在大地水准面之上还是之下,这样就能测出局部陆地的纬度。

  此外,如果把这种局部测绘法和其他地球物理方法,如测量重力场加速度的重力仪结合,还能进一步了解地球的地下结构。

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