Время от времени всплывает одна тема: еще до GPS был проект TIMATION (TIMe navigATION). И там были точные кварцевые часы, и они не замедлялись, и как же так, а как же ОТО.
Позвольте мне закрыть этот вопрос.
Этот проект был предшественником GPS и идейным фундаментом для него, и был запущен в 1960-ых годах. Целью проекта была демонстрация возможности вывода точных часов на орбиту Земли и обеспечения навигации (определения географических координат с их помощью. Цель была достигнута.
Соответственно, и релятивистские поправки, учитываемые в GPS, должны были быть отработаны с данном проекте. Логично?
Кстати, интересно, что идея спутниковой навигации пришла авторам, когда они отслеживали сигнал с первого (советского) спутника. Они сообразили, что зная положение спутника и расстояние до него, можно вычислить свое положение.
История проекта и технические подробности очень интересно и подробно изложены вот здесь. В конце этой статьи есть небольшой параграф "Verification of relativistic clock effect", который я позволю себе перевести целиком:
Проект учитывал тот факт, что часы на орбите будут требовать релятивистской коррекции, но относительно ее величины и знака были сомнения. Более того, были и те, кто сомневался в реальности релятивистских эффектов и необходимости их учета.
В спутниковые часы был встроен синтезатор частоты. После запуска, в случае, если и в самом деле ход часов на финальной орбите будет согласован с предсказаниями ОТО, синтезатор может быть включен, корректируя часы. Когда цезиевые часы на спутнике NTS-2 включились, они работали 20 суток с целью измерить ход часов. Часы шли быстрее, чем наземные, на 442.5 части на триллион, тогда как ОТО предсказывает 446.5. Расхождение укладывалось в пределы точности. Позже это обеспечило согласие в пределах 1% с эффектом Допплера второго порядка в сочетании с гравитационным замедлением времени на расстоянии в 4.2 радиуса Земли.
Неучет этой поправки привел бы к ошибке в 38 тыс. наносекунд в сутки. Разница между расчетным и измеренным значениями была всего-лишь 3.97 части на триллион, что более чем укладывалось в пределы точности.
Коррекция релятивистского смещения и поныне используется каждым спутником в группировке GPS.
Если короче и понятнее: проект TIMATION был призван отладить технологию и доказать вообще возможность спутниковой навигации. В том числе и проверить релятивистские поправки. Никаких догм там и близко не было. Они пробовали разные часы и вообще пробовали, и в итоге пришли к GPS. И попутно подтвердили ОТО. Подтвердили, а не опровергли.
Вот еще коротенький материал. Цитирую: "The satellite experiment has verified Einstein's relativistic clock shift."
На спутнике NTS-2 стояли и кварцевые, и цезиевые часы. Первые 15 суток работали только кварцевые, более экономные. И именно на них (15 суток из 20) была проверена релятивистская поправка.
В начале были запущены спутники TIMATION-1, -2 и -3. Обычно, декларируя опровержение теории относительности, говорят именно о них. Но это первые попытки хотя бы попробовать определить координаты. Вот что пишут про них:
This range corresponds to the geometric distance from satellite to receiver plus contributions due to clock-synchronization error and to ionospheric and tropospheric effects. For the transfer or comparison of time between two observers, the clock-synchronization term is the one of interest. The accuracy to which it can be determined is a function of how well the other factors can be specified or eliminated.
Этот диапазон соответствует геометрическому расстоянию от спутника до приемника плюс вклад ошибки синхронизации часов и ионосферных и тропосферных эффектов. Для передачи или сравнения показаний времени интересен вклад синхронизации. Точность, с которой он может быт определен, зависит от полноты учета или устранения остальных факторов.
Понимаете? У них было, с чем бороться, и релятивистские эффекты стояли даже не на третьем месте. Так, часть ошибки синхронизации, да и то, если. А когда побороли большинство проблем, дошли руки и до релятивистики, и она блестяще подтвердилась.
Процитирую еще эту книгу:
The key feature of Timation 1 was that it included a very stable quartz clock. The fundamental ranging technique was to synchronize a clock at the user’s location with the clock on the satellite and use a passive-ranging signal structure called side-tone ranging. By 1968, NRL demonstrated single-satellite position fixes, accurate to about 0.3 nautical miles, that required about 15 minutes of data collection (...). NRL engineers encountered two significant problems during their testing: solar radiation caused shifts in the clock’s frequency, and ionospheric group delay created ranging errors. The NRL launched a second satellite, Timation 2, into a 500-mile orbit on September 30, 1969. To calibrate ionospheric group delay, the satellite broadcast on two frequencies very similar to the technique pioneered by the Transit program. Its quartz oscillator was expected to be somewhat more stable, about one part in 10¹¹. Again, a large frequency shift was observed in the clocks that was finally traced to a solar proton storm. NRL was able to demonstrate ranging accuracies of approximately 200 feet to a fixed location.
То есть, первый спутник позволял определить свое положение с точностью 0.3 морские мили после 15 минут накопления данных с целью синхронизировать часы. И были серьезные проблемы с Солнцем и ионосферой. Когда, после многочисленных согласований, часы были согласованы, все погрешности сглаживались, в том числе и неучтенные релятивистские.
Это всё понятно и так, конечно, но хотелось бы закрыть вопрос насовсем. Всем, кто вспомнит всуе о TIMATION, отсылайте ко мне сюда.
Но вот что меня огорчает. Поиск по-английски приводит к статьям, книгам, часть из которых я для вас процитировал. А вот поиск по-русски приводит в какое-то болото.
Мне кажется, пришла пора с этим что-то делать.