CC BY
19
УДК 550.312
Г.П. Арнаутов, Е.Н. Калиш, Ю.Ф. Стусь, М.Г. Смирнов, И.А. Бунин, Д.А. Носов ИАиЭ СО РАН, Новосибирск
ИЗМЕРЕНИЕ ВАРИАЦИЙ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ВО ВРЕМЯ СОЛНЕЧНЫХ ЗАТМЕНИЙ 31 ИЮЛЯ 1981 Г. И 1 АВГУСТА 2008 Г. ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ В НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ
G.P. Arnautov, E.N. Kalish, Yu.F. Stus, M.G. Smirnov, I.A. Bunin, D.A. Nosov Institute of Automation and Electrometry SB RAS (SIBERIAN BRANCH OF RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES),
Ak. Koptyuga Pr., Novosibirsk, 630090, Russian Federation
THE MEASUREMENT OF GRAVITY VARIATIONS DURING SOLAR ECLIPSES 31 JULY 1981 AND 1 AUGUST 2008 ON RESULT OF THE GRAVIMETRIC OBSERVATIONS IN NOVOSIBIRSK AREA
The measurement of gravity variations Ag were produced by the absolute laser ballistic
8 2
gravimeters, designed and created authors, with inaccuracy less 1 p,Gal = Ы0- m/s . As a result of measurements was not discovered anomalous change Ag before and after the solar eclipse, exceeding inaccuracy of the measurements. Thereby, screening by Moon of the attraction Sun if it exists, was not shown in result of the observations.
Целью проведенных экспериментов была проверка гипотезы об эффекте экранирования Луной гравитационного притяжения Солнца, Этот эффект следует в основном из обсуждаемой и проверяемой до настоящего времени корпускулярной теории природы тяготения [1, 2, 3]. При этом предполагается частичное поглощение в точке наблюдений на Земле притяжения Солнца промежуточным телом (Луной).
Величина этого эффекта в изменениях силы тяжести на Земле зависит от доли закрытости диска Солнца Луной, т. е. от фазы затмения, и от зенитного расстояния Солнца z, с увеличением z она уменьшается до нуля, когда по отношению к наблюдателю Солнце находится вблизи горизонта. Наибольший эффект достигается в момент максимальной фазы затмения и, согласно расчетам [1, 2], увеличивает значение g на 1,5 мкГал. Особенностью солнечных затмений 1981 и 2008 годов было то, что в точках гравиметрических наблюдений они достигали полной фазы. Полная фаза этих затмений наступала соответственно в 10 часов 45 минут ив 17 часов 45 минут по местному времени.
Таким образом, местоположение пунктов наблюдений, расположенных в зоне полной фазы солнечного затмения, и зенитное расстояние Солнца во время его затмения были близки к оптимальным, способствующим достижению максимального значения гравитационного экранирования.
Поскольку, оценки, приведенные в [1, 2], имеют приближенный характер, большой интерес представляла экспериментальная проверка гипотезы гравитационного экранирования с помощью лазерного баллистического гравиметра (ГАБЛ), погрешность измерений которого сравнима со значением
ожидаемого эффекта. В отличие от относительных гравиметров, используемых в аналогичных экспериментах, гравиметры ГАБЛ не имеют дрейфа нуля, не чувствительны к изменениям температуры внешней среды, а влияние притяжения атмосферных масс, изменяющегося при изменении атмосферного давления, учитывается введением поправок по формулам, рекомендованным Международной гравиметрической комиссией. Абсолютное значение ускорения силы тяжести определяется гравиметрами типа ГАБЛ по результатам измерения пути и времени свободного падения пробной массы (свободно падающего тела) в вакуумированной камере. Главным достоинством этого метода является то, что при измерениях используются естественные единицы длины и времени: измерение пути, пройденного свободно падающим телом, осуществляется лазерным интерферометром (мерой длины служит длина волны лазерного излучения, определяемая по атомному реперу в спектре излучения), а мерой интервалов времени является частота прецизионного (например, рубидиевого) стандарта частоты. Высокая точность и стабильность этих мер определяют надежность результатов измерения, что особенно важно при исследовании долговременных (приливных и неприливных) вариаций силы тяжести.
В результате регулярных международных метрологических сравнений установлено [4, 5], что гравиметры типа ГАБЛ, разработанные авторами доклада, по точности измерений абсолютного значения g занимают одно из лидирующих положений в мире. При этом одна из последних разработок -гравиметр ГАБЛ-Э имеет инструментальную погрешность менее 3,5 мкГал, а его среднеквадратическая погрешность не превышает 1 мкГал.
Поскольку инструментальная погрешность для каждого отдельного прибора - величина постоянная и при повторных измерениях исключается, то при измерении вариаций силы тяжести преобладающей становится среднеквадратическая погрешность измерений. Эта погрешность определяется в основном влиянием вибросейсмических колебаний постамента, на котором установлен гравиметр.
Возникающие при этом инерционные помехи не отличимы от гравитационного изменения. Источником таких помех являются как природные микросейсмы, так и вибрационные шумы, создаваемые транспортом, проезжающим вблизи точки наблюдения, а также работой расположенных вблизи промышленных предприятий. В связи с этим точки прецизионных наблюдений обсуждаемых солнечных затмений были выбраны на достаточном удалении от источников промышленных и транспортных инерционных колебаний земной поверхности.
Существенная часть инерционных помех компенсировалась виброзащитной системой - подвеской опорного уголкового отражателя (точки отсчета) в центре качаний низкочастотного сейсмографа. В зависимости от спектра этих помех виброзащитная система снижала погрешность измерений до 10 раз.
Влияние оставшейся нескомпенсированной части инерционных помех уменьшалась накоплением и усреднением результатов повторных измерений. Поскольку помехи имели нормальный закон распределения, погрешность
среднего результата измерений уменьшалась в раз, где N - число измерений в серии. Один цикл измерения (подъем специальным лифтом свободно падающего тела (СПТ) в исходное стартовое положение, возврат лифта в нижнее положение, отпускание СПТ, измерение пути и времени свободного падения СПТ, обработка результатов измерения) длится 10-12 секунд. В зависимости от уровня вибросейсмических помех накапливается серия из 30 или 60 единичных циклов измерений. Продолжительность этих серий составляет 5 или 10 минут. Обычно среднее значение таких серий имеет погрешность не более 1 мкГал.
Только в первых вариантах гравиметра ГАБЛ погрешность среднего в серии достигала 2 мкГал.
На рис. 1 показаны результаты измерений приливных вариаций силы тяжести гравиметром ГАБЛ до и во время солнечного затмения 1981 года. На рис. 2 приведены результаты измерений гравиметром ГАБЛ-ЭМ во время солнечного затмения 2008 года.
Рис. 1. Результаты измерений приливных вариаций силы тяжести в 1981 году
д&
100.0 50.0-
0.0 --50.0 -100.0 -150.0
7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00
Время
Рис. 2. Результаты измерений приливных вариаций силы тяжести в 2008 году
На этих рисунках сплошной кривой показано теоретическое изменение силы тяжести, точками - результаты измерений, вертикальные линии отображают среднеквадратическую погрешность проведенных измерений. Как видно из рис. 2, эта погрешность для гравиметра ГАБЛ-ЭМ сравнима с размерами точек. На рисунках указано местное время. Стрелками обозначены моменты начала затмения, его полной фазы и окончания.
Таким образом, по результатам измерений абсолютными лазерными баллистическими гравиметрами нами не обнаружен эффект гравитационного экранирования во время солнечных затмений, превышающий погрешность измерений.
Работа поддержана грантом Президиума РАН по программе 16 «Динамика деформационных процессов в сейсмоактивных регионах Центральной Азии и в очаговых зонах крупных землетрясений».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Радзиевский В.В. О гравитационном эффекте солнечных затмений и его измерении // Поиски механизма гравитации. Сб. научн. тр. Издатель Ю.А. Николаев. - Нижний Новгород. - 2004.
2. Савров Л.А. экспериментальные поиски поглощения гравитации и пятой силы // Сб. научн. тр. Издатель Ю.А. Николаев. - Нижний Новгород. - 2004.
3. Сарычева Ю.К., Тимофеев В.Ю., Хомутов С.Ю. Гравиметрические наблюдения на двух приливных станциях в Сибири во время солнечного затмения 9 марта 1979 г. // Сб. научн. тр. Издатель Ю.А. Николаев. - Нижний Новгород. - 2004.
4. Арнаутов Г.П. Результаты международных метрологических сравнений абсолютных лазерных баллистических гравиметров // Автометрия. - 2005. - Т. 41. - № 1.
5. Арнаутов Г.П., Калиш Е.Н., Смирнов М.Г., Стусь Ю.Ф., Тарасюк В.Г. Лазерный баллистический гравиметр ГАБЛ-М и результаты наблюдений силы тяжести // Автометрия. -1994. - № 3.
О
м кГал
© Г.П. Арнаутов, Е.Н. Калиш, Ю.Ф. Стусь, М.Г. Смирнов,И.А. Бунин, Д.А. Носов, 2009
