北京時間11月14日消息國外媒體報道，近日蘇黎世大學一支國際科學家小組聲稱可以利用原子鐘解決地球上的結(jié)構(gòu)問題，例如發(fā)現(xiàn)礦藏或者隱蔽的水資源。這支由蘇黎世大學的天體物理學家菲利普·吉特澤爾（Philippe Jetzer）和魯桑德拉·邦達勒蘇（Bondarescu Ruxandra ）帶領(lǐng)的國際小組認為，在未來十年內(nèi)能夠?qū)⑦@些變?yōu)楝F(xiàn)實，科學家認為現(xiàn)在的原子鐘的精確度已經(jīng)達到了地球物理測量所要求的程度。這種原子鐘能夠提供大地水準面——也即地球真正的形態(tài)——最直接的測量數(shù)據(jù)。同時科學家還能結(jié)合原子鐘測量數(shù)據(jù)和現(xiàn)存的地球物理學方法探索地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
確定廣義相對論中的大地水準面
目前只能間接的確定地球的大地水準面——延伸到平均海平面的恒定引力勢表面。在大陸上，大地水準面是通過追蹤在軌衛(wèi)星的高度而計算出來的。選擇合適的表面是一個非常復雜、涉及多方面的問題。通過這種方式計算出來的大地水準面的空間分辨率非常低——大約只有100千米。
利用原子鐘測定地球大地水準面是基于廣義相對論的概念。原子鐘與沉重天體，諸如地球，的不同距離會導致它的運轉(zhuǎn)速率也不盡相同。原子鐘距離沉重的地下結(jié)構(gòu)越近，它運轉(zhuǎn)的時間越慢——位于鐵礦石上的鐘可能比位于空洞穴的鐘轉(zhuǎn)的更慢。
“2010年超精密原子鐘已經(jīng)測量了兩個不同時鐘的時差,其中一個位于另一個上方33厘米，” 邦達勒蘇接著補充說道，“利用原子鐘對相當于1厘米高度的大地基準面的當?shù)販y繪并不是個小工程，但一切都在原子鐘的能力范圍之內(nèi)。”
利用原子鐘進行地球物理測量
如果一個原子鐘被放在某一海平面上，例如恰好為大地基準面的精確高度的海平面，而第二個原子鐘放在大陸上任何位置，只要它與前者保持時間上的同步。兩個鐘之間的連接將通過光導纖維電纜或者通信衛(wèi)星（只要信號傳輸可靠）實現(xiàn)。第二個鐘運轉(zhuǎn)的或快或慢完全取決于它位于大地基準面之上或者之下。對大地基準面的當?shù)販y量可以結(jié)合其它地球物理學測量方法，例如測量引力場加速的比重計，而獲得關(guān)于地下結(jié)構(gòu)更精確的信息。
深度測繪
原則上來說，利用原子鐘進行深度測繪是可能的，只要被研究的地下結(jié)構(gòu)足夠大，能夠明顯影響原子鐘運轉(zhuǎn)的速率，并且這些速率的差異是在可測量范圍之內(nèi)。原子鐘測量精確到相當于1厘米的大地水準面高度的最小結(jié)構(gòu)是深埋在地下2千米的半徑為1.5千米的球體，并且球體與周圍上地殼的密度差異要在20%以上。然而，科學家預估計，在同樣的環(huán)境密度差異下，原子鐘也能夠測量到深埋在地下30千米處半徑為4千米的同等球體。
目前超精度原子鐘只能用于實驗室，也即它不方便傳輸因此不適用于野外測量。然而，在未來幾年這將不會是大問題：一些公司和研究機構(gòu)，包括位于納沙泰爾的瑞士電力中心， 已經(jīng)致力于研發(fā)便攜式超精度原子鐘。“最早到2022年，這樣的可攜帶的超精度原子鐘將發(fā)射入太空。”這項名為STE-Quest的衛(wèi)星任務旨在精確的測試廣義相對論。(新華網(wǎng))