Schwerefeldbestimmung aus hochpräziser Zeitmessung
Leitung: | Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Müller |
E-Mail: | mueller@ife.uni-hannover.de |
Team: | Dr.-Ing. habil. Enrico Mai |
Jahr: | 2011 |
Förderung: | QUEST (Quantum Engineering and Space Time Research) |
Ist abgeschlossen: | ja |
Motivation
Quantenphysik und Relativitätstheorie spielen eine immer wichtigere Rolle in der Geodäsie. Die klassische Geodäsie stützt sich jedoch bisher weitgehend auf die Newtonsche Mechanik und deren Raum-Zeit- Auffassungen. Spätestens mit Beginn des Zeitalters künstlicher Erdsatelliten und deren Ausnutzung im Rahmen der physikalischen Geodäsie konnten die relativistischen Effekte nicht länger vernachlässigt werden. Zudem verwenden moderne Messtechnologien zur Zeit- und Frequenzbestimmung mittels Atomuhren quantenphysikalische Vorgänge. Das metrische Feld des Systems Erde wird der zentrale Untersuchungsgegenstand der zukünftigen Geodäsie sein. |
|
Ziel
Abb.2: Herzstück einer optischen Atomuhr, entwickelt an der PTB, Quelle: PTB-Mitteilungen, Special Issue, Vol. 119 (2009) No. 2. | Die potentiellen Nutzungsmöglichkeiten verfügbarer Quantensensorik für geodätische Anwendungen soll untersucht werden. Dabei ist im Rahmen der physikalischen Geodäsie insbesondere die Verwendung hochpräziser Zeit- und Frequenznormale (optische Atomuhren, Frequenzkämme) zur Schwerefeldbestimmung in Kombination mit klassischen Schwerefeldfunktionalen interessant. Als Beitrag zum Exzellenzcluster QUEST soll die relativistische Geodäsie (Potentialmessung mittels Uhren) befördert werden. Ein Anwendungsfall wäre etwa die globale Vereinheitlichung nationaler Höhensysteme.
|
Verfahren
Die Bestimmungsgleichung zum Vergleich von Atomuhrablesungen ist abhängig vom Bewegungszustand der Uhren und ihren jeweiligen Positionen in einem Gravitationspotential. Deshalb sollten sich umgekehrt durch Zeit- und Frequenzvergleiche netzwerkartig verteilter Atomuhren diese Eingangsgrössen bestimmen lassen. Beispielsweise kann eine Geoidhöhenbestimmung im cm-Bereich erfolgen, sofern (optische) Atomuhren mit einer Genauigkeit von etwa 10^(-18) eingesetzt werden. Konkrete Beobachtungsmethoden bzw. Messverfahren befinden sich in der Entwicklung. |
|
Fig. 4: Vergleich entfernter Frequenzstandards zwischen LUH und PTB mittels Glasfaser, Quelle: PTB-Mitteilungen, Special Issue, Vol. 119 (2009) No. 2. |