Relógio Atômico em Voo Balístico

Aplicabilidade geofísica dos relógios atômicos: mapeamento geóide continental direto


Resumo

O geóide é a verdadeira figura física da Terra, uma superfície equipotencial particular do campo de gravidade da Terra que responde pelo efeito de todas as variações de densidade do subsolo. Sua forma se aproxima melhor (no sentido de mínimos quadrados) do nível médio dos oceanos, mas o geóide é mais difícil de determinar nos continentes. As missões de satélite realizam medições de distância e derivam o campo de gravidade para fornecer mapas geóides em todo o globo. No entanto, eles exigem calibração e cálculos extensos, incluindo integração, que é uma operação não exclusiva. Aqui propomos um método direto e uma nova ferramenta que mede diretamente as diferenças geopotenciais nos continentes usando relógios atômicos. A teoria da relatividade geral prevê uma taxa de clock constante ao nível do mar e uma taxa de clock mais rápida (mais lenta) acima (abaixo) do nível do mar. A tecnologia dos relógios atômicos está prestes a atingir um nível de precisão na taxa de clock (imprecisão da razão de frequência de 10-18), que é equivalente a 1 cm na determinação da altura da superfície equipotencial (incluindo o geóide). Discutimos o valor e a aplicabilidade futura de tais medições, incluindo mapeamento geóide direto em continentes e levantamento conjunto de gravidade-geopotencial para inverter anomalias de densidade de subsuperfície. Nossos cálculos sintéticos mostram que a perturbação geóide causada por uma esfera de 1,5 km de raio com 20% de anomalia de densidade enterrada a 2 km de profundidade na crosta terrestre já é detectável por relógios atômicos de precisão alcançável. Portanto, levantamentos geopotenciais de relógios atômicos, usados ​​em conjunto com dados de gravidade relativa para se beneficiar de suas diferentes sensibilidades de profundidade, podem se tornar uma ferramenta útil no mapeamento de anomalias de densidade na Terra