Российский телескоп проверит теорию относительности

На борту российского космического радиотелескопа «РадиоАстрон» будет установлен водородный стандарт частоты. Он поможет исследователям проверить теорию относительности и узнать, насколько при ослаблении гравитационного поля Земли изменяется течение времени, ведь, как утверждал Эйнштейн, в слабом гравитационном поле оно течет быстрее, чем в сильном. 

Стандарты частоты применяются при формировании высокоточных атомных временных шкал. На такой шкале одна секунда соответствует определенному количеству переходов электронов между двумя энергетическими уровнями атома какого-либо вещества. При удалении космического аппарата от центра планеты время, которое тратится атомами на совершение одного перехода, сокращается за счет ослабления гравитационного взаимодействия, а значит, частота излучения повышается. Таким образом, воздействие гравитационного поля Земли обеспечивает «добавку» к сигналу на «РадиоАстроне».

По словам Александра Бирюкова, заведующего лабораторией Аппаратуры и методов орбитальной радиоинтерферометрии (на сверхдлинных базах) Физического института им. П.А. Лебедева РАН, водородные стандарты частоты еще не выводились на долговременную высокоапогейную орбиту. Бирюков рассказал, что физики из США в 1976 году проводили подобный эксперимент. Однако в этом опыте стандарт частоты находился на ракете, которая запускалась на высоту около 10 000 км. Цель российских специалистов – добиться более высокого уровня точности (у американских ученых точность измерений составила 0,04%), подтвердить и улучшить полученный коллегами результат.

Российский телескоп вращается вокруг Земли по вытянутой орбите.

Его максимальное расстояние ухода от нашей планеты составляет 300 000 км, а полный оборот «РадиоАстрон» совершает примерно за 9 суток. Шкала времени, которая формируется на базе сигнала водородного стандарта, передается на Землю по радиоканалу и сравнивается с данными, которые выдает водородный стандарт на наземной базе. При анализе необходимо учесть «добавки», в частности, допплеровское смещение частоты сигнала, аппаратурные и релятивистские поправки, поправки на влияние тропосферы и ионосферы.

Теоретически, если вычесть все эти поправки из разности между временными отметками на Земле и в космосе, то как раз и получится гравитационное смещение. Однако российские ученые используют более прогрессивный способ. Так, при отправке сигнала с Земли на спутник из-за влияния гравитации его частота изменится. Гравитационный вклад компенсируется на обратном пути, при этом влияние всех остальных факторов будет прежним. Таким образом, отправка сигнала по параллельному каналу и получение на Земле двух сигналов позволит упростить определение гравитационного смещения. Дополнительно повысить точность измерений поможет применение орбитального режима полета спутника: статистическая обработка данных с разных измерительных витков обеспечит большую надежность результата.

Результаты калибровочных измерений с помощью «РадиоАстрона» уже получены. Значимые же результаты эксперимента российские ученые собираются представить не позднее, чем в конце 2016 года.