Atomové hodiny pro nitro Země

Astronautka pozoruje Zemi z paluby ISS
Astronautka pozoruje Zemi z paluby ISS

Atomové hodiny pomohou při průzkumu nitra Země. Zdánlivě nespojitelné je díky přesné matematice možné: na palubě umělé družice budou velmi přesně měřit časový průběh dráhy oběhu kolem Země.

Tyto atomové hodiny se jmenují ACES, Atomic Clock Ensemble in Space. Evropští vědci vedení týmem z Curyšské univerzity je chtějí vyslat v roce 2014 na palubu evropského laboratorního modulu Columbus, který je připojen k Mezinárodní kosmické stanici. Princip výzkumné metody spočívá v tom, že nepravidelnosti ve vnitřním složení Země, nad kterými družice přelétá, vedou k velmi malým odchylkám od její ideální dráhy. Touto nepravidelností uvnitř planety může být třeba velké ložisko surovin, zlom nebo jakákoliv jiná velká anomální struktura.

<p><iframe width="610" height="343" src="https://www.youtube.com/embed/b8fbdE7qV8g" frameborder="0" allowfullscreen></iframe></p>

Dráha družice totiž není dána ideální křivkou, která plyne z jednoduché rovnice popisující kulovité a uvnitř stejnorodé těleso, ale družice se v prostoru pohybuje po povrchu tzv. geoidu. To je složitá a nepravidelná prostorová plocha, na níž má gravitační potenciál zemského pole všude stejnou hodnotu. Tuto plochu tak můžeme najít v prakticky jakékoliv výšce nad Zemí, ovšem s rozdílným gravitačním potenciálem. V těsné blízkosti zemského povrchu se geoid jeví jako ekvivalent úrovně mořské hladiny. Na rozdíl od hladiny moře ale na něj nepůsobí proměnlivé vlivy - vítr, tepelné rozdíly nebo rotace Země. Geoid proto odráží bezprostředně a pouze rozložení hmoty v celém nitru Země a jeho celkové gravitační působení na okolí Země.

V současné době nelze tvar geoidu, ploch stejného gravitačního potenciálu, měřit přímo a vypočítaný tvar geoidu bývá zatížen nepřesností až 100 m. Vědci si od umístění velmi přesných atomových hodin na palubě orbitální stanice slibují zvýšení přesnosti měření geoidu až k hranici několika centimetrů. Takové přesnosti dosáhnou, pokud se jim tuto metodu podaří zkombinovat s pozemskými geofyzikálními měřeními. Při tak přesných měřeních už budou hrát roli i efekty obecné teorie relativity, jako je zpomalení času v silnějším gravitačním poli.

Jaké struktury mohou atomové hodiny v nitru Země odhalit? Třeba dvoukilometrový kulovitý útvar v dvoukilometrové hloubce, jehož hustota se bude lišit od hustoty hornin nad ním o zhruba 20%, tedy velké naleziště nerostných surovin. Větší útvary pak je možné odhalit i v adekvátně větších hloubkách, například útvar o průměru 4 km družice uvidí i v hloubce 30 km.

Zdroj: PhysOrg