PERSPEKTIVY IZMERENIYa POSTN'YuTONOVSKOGO PARAMETRA γ S POMOShch'Yu DVUKh SPUTNIKOV, OSNAShchENNYKh VYSOKOSTABIL'NYMI ATOMNYMI ChASAMI I SISTEMOY KOMPENSATsII EFFEKTA DOPLERA

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследована возможность экспериментального определения ППН-параметра γ путем измерения гравитационного смещения частоты сигналов, которыми обмениваются два космических аппарата, движущиеся по гелиоцентрическим орбитам и оснащенные высокостабильными атомными часами и системой компенсации нерелятивистского эффекта Доплера типа Gravity Probe A. Показано, что система компенсации эффекта Доплера существенно снижает требования к точности определения скоростей космических аппаратов по сравнению с обычными однои двухпутевыми режимами обмена сигналами, однако, приводит к сокращению зависящего от γ вклада в сдвиг частоты в ведущем порядке разложения по обратной скорости света, O(c−3). Получено уравнение, описывающее зависящий от γ вклад в сдвиг частоты для схемы Gravity Probe A в следующем порядке разложения, O(c−4). Показано, что данное уравнение содержит слагаемые с “расширенными” коэффициентами, которые весьма быстро растут по абсолютной величине при приближении траектории распространения сигнала к источнику гравитационного поля. Благодаря этому при использовании лучших из имеющихся сегодня оптических часов (типа JILA SrI), точность предлагаемого эксперимента может достичь 1.7 × 10−7 для найденной нами оптимальной конфигурации орбит и 5 лет накопления данных. Это на 1 порядок хуже оценки, полученной нами ранее для аналогичного эксперимента без использования схемы компенсации эффекта Доплера, но на 2 порядка превосходит наилучший на сегодня результат, полученный с зондом Cassini. Рассмотрены некоторые аспекты технической реализации предложенного эксперимента и возможность его проведения совместно с другими типами гравитационных экспериментов.

About the authors

D. A. Litvinov

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

References

  1. Абих и др. (K. Abich, A. Abramovici, B. Amparan, et al.), Phys. Rev. Letters 123, 031101 (2019).
  2. Альтшуль и др. (B. Altschul, Q. G. Bailey, L. Blanchet, et al.), Adv. Space Res. 55, 501 (2015).
  3. Бадесса и др. (R. Badessa, R. Kent, J. Nowell, et al.), Proceedings of the IRE, vol. 48, no. 4, pp. 758–764 (1960).
  4. Бертотти и др. (B. Bertotti, L. Iess, P. Tortora), Nature 425, 374 (2003).
  5. Бланше и др. (L. Blanchet, C. Salomon, P. Teyssandier, et al.), Astron. Astrophys. 370, 320 (2001).
  6. Ботвелл и др. (T. Bothwell, D. Kedar, E. Oelker, et al.), Metrologia 56, 065004 (2019).
  7. Будник и др. (F. Budnik, T. Morley, and M. Croon), Orbit reconstruction for the GAIA mission (23rd Symposium on Space Flight Dynamics, Pasadena, 2012).
  8. Вессо и Ливайн (R. F. C. Vessot, M. W. Levine), Gen. Rel. and Grav. 10, 181 (1979).
  9. Вессо и др. (R. F. C. Vessot, M. W. Levine, E. M Mattison, et al.), Phys. Rev. Lett. 45, 2081 (1980).
  10. Дамур и др. (T. Damour, F. Piazza, G. Veneziano), Phys. Rev. D 66, 046007 (2002).
  11. Деревянко и др. (A. Derevianko, K. Gibble, L. Hollberg, et al.), Quantum Sci. and Tech. 7, 044002 (2022).
  12. Джулиани и др. (S. Giuliani, B. D. Tapley, and J. C. Ries), Journal of Geodesy 98, 50 (2024).
  13. Импери и др. (L. Imperi, L. Iess, and M. J. Mariani), Icarus 301, 9 (2018).
  14. Кан и др. (Z. Kang, S. Bettadpur, P. Nagel, et al.), J. of Geodesy 94, 1 (2020).
  15. Кардашев и др. (Н. С. Кардашев, В. В. Хартов, В. В. Абрамов и др.), Астрон. журн. 90, 179 (2013)
  16. Карлип (S. Carlip), Classical and Quantum Gravity 25, 154010 (2008).
  17. Кастеллини и др. (F. Castellini, G. Bellei, F. Budnik), AIAA Scitech 2020 Forum (Orlando, 2020, с. 1701).
  18. Каччапуоти и Шиллер (L. Cacciapuoti and S. Schiller), I-SOC scientific requirements (European Space Research and Technology Centre, 2017).
  19. Леанисбаррутия и др. (I. Leanizbarrutia, F. S. Lobo, D. Saez-Gomez), Phys. Rev. D 95, 084046 (2017).
  20. Ли и Чжэн (Z. Li, J. Zheng), Acta Astronautica 185, 170 (2021).
  21. Лине и Тейссандье (B. Linet and P. Teyssandier), Phys. Rev. D 66, 024045 (2002).
  22. Литвинов и др. (D. A. Litvinov, V. N. Rudenko, A. V. Alakoz, et al.), Phys. Lett. A 382, 2192 (2018).
  23. Литвинов и Пилипенко (D. Litvinov and S. Pilipenko), Classical and Quantum Gravity 38, 135010 (2021).
  24. Литвинов и др. (D. A. Litvinov, N. V. Nunes, A. I. Filetkin, et al.), Adv. Space Res. 68, 4274 (2021).
  25. Литвинов (Д. А. Литвинов), Письма в Астрон. журн. 50, 253 (2024).
  26. Орилья и др. (S. Origlia, M. S. Pramod, S. Schiller, et al.), Phys. Rev. A 98, 053443 (2018).
  27. Периволаропулос (L. Perivolaropoulos), Phys. Rev. D 81, 047501 (2010).
  28. Пилипенко и др. (С. В. Пилипенко, М. В. Захваткин, Д. А. Литвинов, et al.), Краткие сообщения по физике ФИАН 3, 42 (2024a).
  29. Пилипенко и др. (С. В. Пилипенко, М. В. Захваткин, Д. А. Литвинов, et al.), Астрон. журн. 101, 43 (2024b).
  30. Поляков и др. (V. Polyakov, Y. Timofeev, N. Demidov), 2021 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF/IFCS), (IEEE, 2021, с. 1).
  31. Смарр и др. (L. L. Smarr, R. F. C. Vessot, C. A. Lundquist, et al.), Gen. Rel. and Grav. 15, 129 (1983).
  32. ван Трис и др. (H. L. van Trees, K. L. Bell, Z. Tian), Detection, Estimation, and Modulation Theory. Part 1 — Detection, Estimation, and Filtering Theory (Wiley, New York, 2nd ed., 2013).
  33. Уилл (C. M. Will), Theory and experiment in gravitational physics (Cambridge university press, 2018).
  34. Хан и др. (S. Han, A. Nothnagel, Z. Zhang, et al.), Adv. Space Res. 63, 1754 (2019).
  35. Хесс и др. (M. P. Heß, L. Stringhetti, B. Hummelsberger, et al.), Acta Astronautica 69, 929 (2011).
  36. Цинь и др. (C.-G. Qin, T. Liu, X.-Y. Dai, et al.), Classical and Quantum Gravity 41, 135006 (2024).
  37. Чун (L. R. Chung), Orbit determination methods for deep space drag-free controlled laser interferometry missions (University of Maryland, College Park, 2006).
  38. Эшби и Бертотти (N. Ashby and B. Bertotti), Classical and Quantum Gravity 27, 145013 (2010).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences