Науковці представили космічний атомний годинник, що може вимірювати висоти на Землі

У 2003 році під час будівництва мосту через Рейн інженери з Німеччини та Швейцарії зіткнулися з проблемою: німецька частина конструкції виявилася на 54 см вище швейцарської. Причиною стали різні системи відліку висоти — Німеччина використовувала рівень Північного моря, а Швейцарія — Середземного. Цей випадок продемонстрував необхідність створення глобальної системи визначення висоти.

У 2015 році науковці Міжнародної асоціації геодезії затвердили Міжнародну систему висот (IHRF) — тривимірний аналог географічних координат. Через 10 років після створення система готується до оновлення завдяки найточнішому космічному годиннику ACES, розробленому Європейським космічним агентством.

ACES включає два атомні годинники — з цезієм і воднем — та встановлений на Міжнародній космічній станції. Точність приладу становить одну секунду відхилення за 300 мільйонів років. Годинник синхронізує час із наземними приладами, що дозволяє геодезистам точніше вимірювати гравітаційне поле Землі. Згідно з теорією відносності Ейнштейна, гравітація впливає на швидкість плину часу: чим сильніша гравітація, тим повільніше йде час. Цю властивість використовують для точного моделювання поверхні планети.

Модель геоїда — умовної поверхні з однаковою силою тяжіння — служить базовою точкою для вимірювання висоти. Якщо прорити канал уздовж геоїда, вода в ньому залишатиметься на одному рівні. Проблема полягає в недостатній точності нинішнього геоїда в регіонах Африки та Південної Америки через складнощі проведення наземних гравітаційних вимірювань.

ACES забезпечує вимірювання висоти з точністю до 10 см. У майбутньому планується створення мережі ще точніших годинників, здатних забезпечити сантиметрову точність. Таку мережу можна буде інтегрувати із супутниковими системами, зокрема GPS.

Розробка ACES тривала три десятиліття і потребувала зменшення лабораторного годинника до розміру холодильника. Реалізація глобальної мережі точного часу потребуватиме ще близько десяти років і значних інвестицій. Впровадження системи відкриє нову еру в геодезії, інженерії та дослідженні гравітації Землі.