ИСТИНА

Увеличение точности измерения эффекта гравитационного замедления времени, или гравитационного красного смещения, непосредственно вытекающего из принципа эквивалентности Эйнштейна, имеет огромное значение для отыскания границ возможного нарушения общей теории относительности и поиска "новой физики". Уникальную возможность проведения эксперимента по измерению эффекта гравитационного замедления времени предоставляет космический аппарат Спектр-Р миссии "Радиоастрон". Наличие высокостабильного водородного стандарта частоты на борту спутника и эллиптическая орбита с большим эксцентриситетом, а также относительно большое предполагаемое время функционирования, позволяющее применять длительное накопление информации, дают возможность измерить данный эффект с относительной точностью до 10^{-5}, что на порядок улучшает текущий результат, достигнутый в рамках миссии Gravity Probe A более 40 лет назад. В проекте предлагается реализация данной программы, что требует решения задачи выделения гравитационного сигнала из разнообразных когерентных помех. Среди них главными являются доплеровский сдвиг частоты, ионосферные и тропосферные поправки, эффекты относительного движения аппарата и станции слежения, а также инструментальные шумы. Авторами проекта разработана оригинальная методика фильтрации гравитационного сдвига в специальном режиме смешанной синхронизации бортовой аппаратуры Спектра-Р, позволяющая компенсировать значительную часть шумов, причем систематические ошибки будут подавляться с помощью дифференциальных измерений (выделение модуляции сигнального эффекта). Предварительные тесты подтвердили эффективность разработанной методики и принципиальную возможность измерения эффекта гравитационного замедления времени с точностью, увеличенной на порядок по сравнению с экспериментом Gravity Probe A.

The gravitational time dilation, or gravitational redshift effect is a direct consequence of the Einstein equivalence principle. Accurate measurement of this effect is of great importance for the search of possible violations of general relativity and anticipated discovery of a "new physics". The Spektr-R spacecraft, which serves the radio astronomy mission "Radioastron", provides a unique opportunity formeasuring the gravitational time dilation effect. The highly stable hydrogen maser frequency standard on board the satellite and its highly elliptical orbit provide an opportunity to measure the effect with a relative accuracy of 10^{-5}, thus improving by a magnitude over the current best result of the NASO-SAO Gravity Probe A mission. The satellite’s relatively long expected lifetime promises prolonged data accumulation and substantially contributes to the expected accuracy value. The task is complicated by the problem of extracting the tiny gravitational redshift from a number of much larger effects. With this project we propose a solution to this problem. The major disturbing effects to be accounted for are those of the non relativistic Doppler frequency shift, ionospheric and tropospheric shifts, second-order kinematic effects, instrumental noise, etc. We have developed a novel approach to filtering out these effects by making use of a special mixed synchronization mode of the satellite’s on-board hardware. While this technique allows for significant compensation of noise, the systematic errors are largely suppressed due to the differential nature of measurements (we intend to measure only the signal modulation and not the signal itself). Preliminary tests confirmed that the developed techniques are efficient and appropriate for measuring the gravitational time dilation effect with an order of magnitude better accuracy than obtained with Gravity Probe A more than 40 years ago.

Основным результатом проекта будет прецизионное измерение релятивистского эффекта замедления времени (замедления хода часов) в гравитационном поле с точностью 10^{-5}, что на порядок превышает лучший на сегодня результат космического эксперимента Gravity Probe A, полученный в 1976 г.

Предлагаемый метод измерения эффекта гравитационного замедления времени с помощью космического аппарата (КА) Спектр-Р состоит в слежении за модуляцией частоты установленного на его борту высокостабильного атомного водородного стандарта, которая возникает вследствие движения спутника по эллиптической орбите. Данный подход был впервые реализован в рамках суборбитальной миссии Gravity Probe A (1976) и лежит в основе концепций большинства будущих подобных экспериментов (GREAT, E-GRASP, E-GRIP и др.). Альтернативный подход к эксперименту состоит в измерении полной величины эффекта гравитационного замедления времени бортового стандарта относительного наземного – т.н. схема абсолютного измерения. Это требует применения стандартов, обладающих не только высокой стабильностью частоты, но и ее высокой метрологической точностью. Единственной миссией, основанной на таком подходе, является ACES (на стадии подготовки).

измерение релятивистского эффекта замедления времени в гравитационном поле с точностью 10^{-5},