S prenosno atomsko uro prvič izmerili nadmorsko višino

Einstein je že pred sto leti ugotovil, da čas teče v močnejšem gravitacijskem polju teče počasneje. To pomembno spoznanje relativnostne teorije so eksperimentalno preverili že velikokrat in ga danes upoštevamo tudi pri načrtovanju. Ure na satelitih GPS morajo upoštevati, da so sateliti v šibkejšem gravitacijskem polju kakor na površju Zemlje in da se gibljejo hitro. To znese 38 milisekund na dan! Gre pa tudi v drugo smer - iz hitrosti tiktakanja natančne ure lahko izračunamo, v kako močnem gravitacijskem polju smo, kar na Zemlji prevedemo v nadmorsko višino. To so v praksi s prenosno atomsko uro sedaj prvikrat tudi storili. O tem pišejo v Nature Physics.

Raziskovalci britanskega National Physical Laboratory, nemškega Physikalisch-Technische Bundesanstalt in italijanskega Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) so stroncijevo optično atomsko uro spravili v prikolico (2,2 x 3,0 x 2,2 metra) in jo odpeljali v francoski laboratorij LSM (Laboratoire Souterrain de Modane). Ta je poseben zato, ker leži v tunelu Fréjus na francosko-italijanski meji. To pomeni, da je nad laboratorijem 1700 metrov kamenja, hkrati pa se nahaja na geološko aktivnem območju, ki se zelo počasi dviguje. Ker imajo stroncijeve atomske ure natančnost 10^-17, kar znaša 10 centimetrov nadmorske višine, lahko z njimi kaj pametnega izmerimo.

In res, sestrsko uro so postavili v INRIM-u v Torinu, ki je 90 kilometrov oddaljen in 1000 metrov niže od LSM. Uri so povezali z optičnim kablom dolžine 150 kilometrov in ju pognali. Ugotovili so, da je mogoče razliko v nadmorski višini na ta način izmeriti vsaj tako natančno, kot to omogočajo klasične geodezijske tehnike. S pričakovanimi izboljšavami pričakujejo, da bo z atomskimi urami v prihodnosti mogoče meriti nadmorsko višino z natančnostjo enega centimetra. Trenutno jim je uspelo meriti z natančnostjo okrog 10^-15, ker predstavlja en meter. Oziroma - če nadmorsko višino izmerimo kako drugače, je mogoče tako natančno določiti gravitacijsko polje Zemlje. V primerjavi s satelitskim merjenjem gravitacijskega polja Zemlje je prednost te metode predvsem geografska natančnost, saj sateliti merijo povprečno gravitacijsko polje z natančnostjo nekaj deset kilometrov, atomska ura pa omogoča meritev na točni lokaciji.

V praksi se danes nadmorska višina povsod po svetu meri na enak način, ne uporabljajo pa se enaki datumi. Slovenija, podobno kot ostale države nekdanje Jugoslavije in Avstrija, uporablja za referenco gladino Jadranskega morja v Trstu, Italija v Genovi, Francija pa na primer v Marseillu. Razlike so majhne, a opazne. Nemci in Švicarji so uspeli zgraditi most, ki se je srečal v vertikalnem razmaku 54 cm, ker so sešteli namesto odšteli razlike v vertikalnih datumih Švice (Marseille) in Nemčije (Amsterdam).