วิทยาศาสตร์

การพัฒนา: นาฬิกาอะตอมรุ่นใหม่ล่าสุดอาจแก้ไขโครงสร้างภายในของโลกได้

การพัฒนา: นาฬิกาอะตอมรุ่นใหม่ล่าสุดอาจแก้ไขโครงสร้างภายในของโลกได้

นาฬิกาปรมาณูแบบพกพาที่มีความแม่นยำสูงใกล้จะก้าวไปอีกขั้น ทีมงานนานาชาติที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จาก มหาวิทยาลัยซูริก แสดงให้เห็นว่าอาจเป็นไปได้ที่จะใช้นาฬิกาปรมาณูรุ่นล่าสุดเพื่อแก้ไขโครงสร้างภายในโลก

ทีมงานระหว่างประเทศที่นำโดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ฟิลิปป์เจ็ตเซอร์ และ Ruxandra Bondarescu จากมหาวิทยาลัยซูริกเชื่อมั่นว่านาฬิกาปรมาณูแบบพกพาที่มีความแม่นยำสูงจะทำให้การระบุแหล่งแร่หรือแหล่งน้ำที่ซ่อนอยู่ภายในโลกโดยใช้นาฬิกาเป็นจริงในทศวรรษหน้า พวกเขากล่าวว่านาฬิกาดังกล่าวจะให้การวัด geoid โดยตรงที่สุดนั่นคือรูปแบบทางกายภาพที่แท้จริงของโลก นอกจากนี้ยังสามารถรวม นาฬิกาอะตอม การวัดเป็นวิธีการทางธรณีฟิสิกส์ที่มีอยู่ในการสำรวจภายในของโลก

ปัจจุบัน geoid ของโลกซึ่งเป็นพื้นผิวที่มีศักย์โน้มถ่วงคงที่ซึ่งขยายระดับน้ำทะเลปานกลาง - สามารถกำหนดได้ทางอ้อมเท่านั้น ในทวีปต่างๆ geoid สามารถคำนวณได้โดยติดตามระดับความสูงของดาวเทียมในวงโคจร การเลือกพื้นผิวที่เหมาะสมเป็นปัญหาที่ซับซ้อนและมีหลายค่า ความละเอียดเชิงพื้นที่ของ geoid ที่คำนวณด้วยวิธีนี้ต่ำ - โดยประมาณ 100 กม.

[caption id = "attachment_1221" align = "aligncenter" width = "519"] ต้นแบบนาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำสูงรุ่นแรก ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) มีกำหนดนำไปที่ห้องทดลองอวกาศโคลัมบัสที่สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ภายในปี 2014 [ที่มาของภาพ:องค์การอวกาศยุโรป ESA, D. Ducros] [/ caption]

การใช้นาฬิกาอะตอมเพื่อกำหนด geoid นั้นเป็นแนวคิดที่มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ได้รับการกล่าวถึง 30 ปีที่ผ่านมา. นาฬิกาที่อยู่ในระยะทางที่แตกต่างกันจากร่างกายที่หนักเช่นโลกของเราทำเครื่องหมายในอัตราที่แตกต่างกัน ในทำนองเดียวกันยิ่งนาฬิกาอยู่ใกล้โครงสร้างใต้ดินที่หนักหน่วงก็จะยิ่งช้าลงนาฬิกาที่วางอยู่เหนือแร่เหล็กจะเดินช้ากว่านาฬิกาที่อยู่เหนือถ้ำที่ว่างเปล่า “ในปี 2010 นาฬิกาปรมาณูที่มีความแม่นยำสูงได้วัดความแตกต่างของเวลาระหว่างนาฬิกาสองเรือนโดยเรือนหนึ่งอยู่ในตำแหน่งที่สูงกว่าอีกข้างหนึ่ง 33 เซนติเมตร” Bondarescu อธิบายก่อนที่จะเสริม:“ การทำแผนที่ geoid ในพื้นที่ให้มีความสูงเทียบเท่า 1 เซนติเมตรด้วยนาฬิกาปรมาณูดูเหมือนจะมีความทะเยอทะยาน แต่อยู่ใกล้แค่เอื้อม เทคโนโลยีนาฬิกาอะตอม”

ตาม Bondarescu หากนาฬิกาอะตอมวางอยู่ที่ระดับน้ำทะเลนั่นคือที่ระดับความสูงที่แน่นอนของ geoid นาฬิกาที่สองสามารถวางตำแหน่งใดก็ได้ในทวีปตราบเท่าที่นาฬิกานั้นซิงโครไนซ์กับนาฬิกาเรือนแรก การเชื่อมต่อระหว่างนาฬิกาสามารถทำได้ด้วยสายไฟเบอร์ออปติกหรือผ่านดาวเทียมโทรคมนาคมหากการส่งสัญญาณมีความน่าเชื่อถือเพียงพอ นาฬิกาที่สองจะเดินเร็วขึ้นหรือช้าลงขึ้นอยู่กับว่านาฬิกานั้นอยู่เหนือใต้ geoid หรือไม่ จากนั้นการวัด geoid ในพื้นที่สามารถใช้ร่วมกับการวัดทางธรณีฟิสิกส์อื่น ๆ เช่นการวัดจากกราวิมิเตอร์ซึ่งวัดความเร่งของสนามโน้มถ่วงเพื่อให้ได้แนวคิดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างใต้ดิน

ภายในปี 2565 อย่างเร็วที่สุดนาฬิกาอะตอมแบบพกพาที่มีความแม่นยำสูงเช่นนี้จะบินขึ้นสู่อวกาศบนเรือ ESA ดาวเทียม,” กล่าว ศาสตราจารย์ฟิลิปป์เจ็ตเซอร์ผู้แทนชาวสวิสสำหรับภารกิจดาวเทียม STE-Quest มุ่งเป้าไปที่การทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอย่างแม่นยำมาก ในช่วงต้นปี 2557 หรือ 2558“Atomic Clock Ensemble in Space ACES” จะต้องนำไปที่ สถานีอวกาศนานาชาติ ISS. ACES เป็นเครื่องต้นแบบเริ่มต้นที่ยังไม่มีความแม่นยำของ STE-QUEST


ดูวิดีโอ: การพฒนานวตกรรมทางธรกจ (ตุลาคม 2021).