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面对院长下意识的提问,顾玩笑了。
为什么要做可以便捷重置出两套初始谐频的原子喷泉
他很乐意回答这个惠而不费又能装逼的问题
“因为这型铯原子钟,在次投入商用的时候,就是要分两类用途的。一批会放在地面宇航中心,比如休斯顿的nasa总部,另一批是跟着gs卫星射到环绕轨道上的。
根据最简单的爱因斯坦狭义相对论,物体运动的度越快,就会导致其时间流逝变慢。gs卫星的轨道在离地19ooo公里,所以环绕度远低于第一宇宙度,只有大约39公里每秒。
而地面中低纬度,比如大洋国得州的休斯顿,地球自转线度还不到4oo米每秒。赤道上能过46o米,因为那里地球旋转半径最大
gs卫星环绕度跟地面宇航中心跟着地球自转线度的度差,有35公里美妙左右,相当于十万分之117的光。
所以,我们粗略估算,gs卫星上的时间流逝,每天大致要比地面宇航中心慢一百多微秒。
当然,这个结果只算了狭义相对论中的度对时间的影响,还没算广义相对论下引力对时间的扭曲。这个计算过程就复杂一些,您可以看我材料上写的。
最终结论,应该是引力时间扭曲比度时间扭曲略大一些,能抵消掉大部分,但还是有2o3o微秒每天的误差累积量。
所以,如果不在原子钟的原子喷泉层面、就对天地两种喷泉的预设谐频进行差异微调,那么后续就要用更多麻烦的方法、增设外部机构,进行后段通讯校准了。
根据我的计算,如果地面静态铯原子钟使用了91亿9263万177o次的标准谐频。那对于卫星上那些原子钟,该把喷泉谐频降到91亿915o万次左右,大致就能天然解决这个问题。”
注上面那个计算,用到广义相对论下的固有时引力场度规关系方程,但是网站打字不支持显示那么复杂的公式,打不出来。有兴趣的可以自己去查相关物理学专著。
其实我本来打算捡起大学物理课本自己算一遍的,后来现毕业十几年了,做题能力下降严重,太浪费时间,就网上找了个数据。硬核书友别抬杠,原理肯定是对的,只是计算过程我没自己算。
顾玩这番答案刚说完,丁院长就有一股“这么简单的道理,为什么别人没想到”
的懊悔感。
就像是那些领导在自己的球队因为低级失误惜败后,忍不住想拍断大腿时那种懊悔。
爱因斯坦的相对论,丁院长当然是熟得不能再熟了,属于睡着了都能解出来的那种熟。对丁院长而言,那就是托儿所婴童的水平。
但是,把这么简单的道理,跟原子态控制、航天的工程应用,瞬间想到结合起来,那就不容易了。
这就从托儿所婴童上升到了小学三年级数学应用题的水平了。
丁院长大致知道顾玩算得没错,但他也不懂航天卫星工程,也不懂gs、原子钟精度,所以随口问了一句
“这个误差量,有多重要”
顾玩想了想,决定用最通俗的方式解释“这么说吧,把铷原子钟升级到铯原子钟,所提升的精度,都不到每天3o微秒呢。所以,如果无视导航卫星的相对论时间误差,那就相当于把升级了一代原子钟所提升的精度,都白白浪费了,甚至更多。
具体到测距精度上,至少每天能累计几公里的定位误差吧。要是用了那种没有考虑相对论时间流逝度误差的导航卫星,你人在玄武湖边学校里,定位结果说不定就判定你在夫子庙。”
这就很形象了,直接把在金都呆了十几年的丁院长都给逗乐了。
人在玄武湖,定位定到夫子庙,那破卫星肯定是不能用的啊。
任何微小的物理量误差,一旦乘上了“光”
之后,都会放大夸张到不容忽视。
丁院长叹息了一声,最后确认道“那你怎么保证东海大学的人,真没想到这一点呢那么重大的事儿,没想到,合适么”
顾玩觉得合适。
因为历史上,地球上的美国人,第一次射gs测试星的时候,也没想到。
原子钟的研究部门,和导航卫星的研究部门之间,缺乏全局联动的沟通。
任何看似容易的事情,在全人类第一次做的时候,都是会有很多跨圈的简单耦合,想不到的。
这是地球上真实生过的历史。
当然了,后来这个问题倒也没造成多严重的后果,因为美国人现后,后面的量产卫星就调整了,还加入了经常对时间的机制,无非复杂一点。
但是,顾玩既然能够重来一遍,这就是他捡漏的机会,把事情做得更简洁。
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