к оглавлению

»змерение вариаций хода оптического луча

Ќикитин √.√.

јннотаци€. Ќа рассто€нии 1.52 м, в приземных сло€х атмосферы, экспериментально измерены периодические от 0 до -20" (угловых секунд) и "случайные" от +15" до - 46" отклонени€ оптического луча от уровенной поверхности в течение 109 суток. ќбнаружено систематическое, не рефракционное среднее отклонение оптического (светового) луча "вниз", к центру «емли в среднем на 11".6. –ассмотрен феномен относительного посто€нства коэффициента атмосферной рефракции k = 0.14±0.05). ѕредложен абсолютный оптический гравиметр дл€ прогнозировани€ сильных землетр€сений. ”становлено двухсуточное запаздывание вли€ни€ лунных фаз на длиннопериодические отклонени€ оптического луча.

 ¬ариации хода оптических лучей были экспериментально обнаружены в 1980 г.  оррел€ци€ (0.52) полученных данных только с показани€ми серийных относительных гравиметров позволила предположить св€зь обнаруженного оптического эффекта с местными вариаци€ми  гравитационного потенциала. [1]

     “огда же, с помощью мобильного варианта измерительного устройства, были проведены качественные опыты в лифте и на корабл€х. —табильно наблюдалась адекватна€ реакци€ светового луча (по направлению и величине) на ускорени€ при различных эволюци€х корабл€ и при ускорени€х лифта.

     —равнение результатов предварительного эксперимента по измерению абсолютных отклонений хода светового луча в апреле - мае 2003 г. ( рым, г. —евастополь) и показаний, за тот же период, гравитационных датчиков, на основе крутильных весов ( азахстан, станци€ "”зун-јгач", ѕЌ  ѕ–ќ√Ќќ« –√ѕ " азселезащита" ј„— – ) иллюстрирует их достаточную идентичность.

      “ак же известно, что при определении высот, например в геодезии, в измеренные вертикальные направлени€ (углы), об€зательно вводитс€ поправка, св€занна€ с эмпирическим, безразмерным "коэффициентом атмосферной рефракции" - k. ”казанный коэффициент - величина достаточно посто€нна€, с небольшими (до 30%) отклонени€ми от среднего значени€. ¬ насто€щее врем€ прин€то считать k = 0,14 [2], в  XIX веке считалось, что k = 0,16 [3] . јвтором было замечено, что k, представленный в угловой мере (на оптимальных, часто используемых рассто€ни€х, 2 - 5 км), соответствует поправке -7", 5 (угловых секунд) и мало зависит от атмосферных параметров. ‘еномен "посто€нства" k указывает на возможность систематического отклонени€ оптического луча, не св€занного с рефракцией.

      ѕредварительные исследовани€ (начина€ с 1980 г.) показали необходимость создани€ принципиально нового оборудовани€ и более трудоемкой методики обнаружени€ и измерени€ "абсолютных" (от уровенной, "горизонтальной" плоскости) отклонений оптического луча. ¬ частности, было сконструировано и в 1983 г. изготовлено специальное зеркало и признана необходимость проведени€ измерений в течение длительного (более 3-х мес€цев) периода с использованием статистической обработки полученных результатов.     

     —ледует учесть, что эмпирически известные в геодезии вариации коэффициента атмосферной рефракции - от 0.1 до 0.2 [2], определ€ют пределы  значений среднего ожидаемого отклонени€ светового луча от -5" до -10". ќднако, на практике могут наблюдатьс€ отклонени€ от +5" до -25".

     ¬ апреле-мае 2003 г. была предприн€та попытка выполнени€ такого эксперимента, но недоработки в методике измерений и малый период наблюдений не позволили получить достаточно верифицированные результаты. Ѕыла запланирована осенне-зимн€€ сери€ измерений и по результатам наблюдений за первый мес€ц (23 сент€бр€ - 27 окт€бр€ 2003 г.) опубликована стать€. [1]

     ”стройство дл€ измерени€ отклонений оптического луча в вертикальной плоскости - ј√ќЌ (јбсолютный √равиметр ќптический Ќикитина) состоит из двух основных частей: точного (не хуже 2") угломерного прибора - теодолита (использовалс€ “2 N109211, 1974 г.) с визирной целью и, наход€щегос€ напротив него, специального зеркала в котором наблюдалось отражение теодолита и визирной цели. ƒвухстороннее, плоскопараллельное зеркало выполнено в форме стекл€нного диска диаметром 150 мм и толщиной 20 мм, обе стороны которого €вл€ютс€ просветленными зеркалами высокой чистоты. Ќепараллельность обеих сторон зеркала (в вертикальной плоскости) ¶ 0",2.

     «еркало было подвешено к металлической балке в потолке на тонкой нити двойной встречной скрутки и длиной 0,5 м, позвол€ющей поочередно "вручную" ориентировать "к теодолиту" обе его стороны. –ассто€ние между ос€ми вращени€ теодолита и зеркала равно 1.52 м. ¬изирна€ цель выполнена из капроновой нити белого цвета, толщиной около 0.015 мм, котора€ закрепл€етс€ горизонтально по центру объектива.  “еодолит был установлен на дерев€нном штативе, использующимс€ в геодезических работах. [1] ќриентаци€ устройства "теодолит - зеркало" (ј√ќЌа) "север - юг" 5º.

     ¬идимое (через некоторое врем€) в поле зрени€ теодолита, смещение визирной цели "вверх - вниз", относительно сетки нитей зрительной трубы, характеризует реальное отклонение хода оптического луча и €вл€етс€ предметом измерени€.

     ѕроцесс единичного измерени€ отклонени€ светового луча предусматривает двукратное "круг - лево" ( л) и "круг - право" ( п) сн€тие отсчетов по каждой стороне зеркала (стороны I и II), т.е. один полный прием измерени€ состоит из четырех наведений перекрести€ сетки нитей теодолита на зеркальное изображение визирной цели (нити). ѕосле первых двух отсчетов с переводом трубы через зенит ( л и  п) по одной из сторон зеркала, последнее поворачивалось на 180 градусов и производилась втора€ пара отсчетов ( п и  л) по другой стороне зеркала.  ѕеред каждым отсчетом   угла производилась коррекци€ контактного уровн€ при алидаде вертикального круга.  онкретной величиной отклонени€ луча света - Ω, в определенный момент времени, €вл€етс€ алгебраическа€ полусумма средних значений угла по двум сторонам зеркала:

Ω = (I ср + II ср) / 2.

     »змерени€ осуществл€лись через каждые шесть часов по  иевскому времени (+ 2 часа к ¬семирному ¬ремени), непрерывно в течение 109 суток, одним исполнителем - автором данной работы.

     Ўтрихи на лимбе стекл€нного круга теодолита “2 нанесены через 10 угловых минут, цена  делени€ отсчетного приспособлени€ (охватывающего интервал 10 угловых минут) равна одной угловой секунде, что позвол€ет снимать показани€ с визуальной оценкой до 0".1. ¬ данном случае показани€ снимались с округлением до 1".

     ќбща€ погрешность одного измерени€ - ћΩ состоит из: ошибки наведени€ на визирную цель, ошибки сн€ти€ отсчетов, ошибки горизонтировани€ теодолита и ошибки за

     ѕрин€то считать, что в лабораторных услови€х, при равномерном электрическом освещении визирной цели и нониусов теодолита и при обеспечении комфортных условий оператора (положение "сид€"), погрешность наведени€ mн  в 2 - 2.5 раза меньше, т.е. ее можно прин€ть ¶ 0".8. ѕогрешность отсчитывани€ теодолитом “2 в лабораторных услови€х mо считаетс€ тоже 0".8 [2]. ќшибка горизонтировани€ mг (по опыту работ) близка к   0".3. ѕогрешность от непараллельности сторон зеркала mп была сведена к минимуму, что позволило воспользоватьс€ паспортной погрешностью 0".2. “аким образом, инструментальна€ погрешность единичного измерени€ - ћΩ  равна:  

ћΩ  =  sqrt( ((mн)² + (mо)² + (mг)² + (mп)²) ) =  1".2 

     ѕри наступлении некоторых природных €влений (осеннего равноденстви€, зимнего солнцесто€ни€, перигели€, апоге€ и периге€, солнечных и лунных затмений и др.) измерени€, по возможности, выполн€лись в два раза чаще - через три часа. –езультаты промежуточных измерений не вносились в сводную таблицу и использовались только дл€ некоторых уточнений и последующего анализа результатов измерений.

 

–ис.1 «ависимость отклонений оптического луча от даты измерений
(23 сент€бр€ 2003 г. - 09 €нвар€ 2004 г.)

 

     –езультаты измерений представлены графиком (–ис.1), на котором видны различи€ во временных интервалах:

 

     —реднее отклонение за весь период наблюдений (109 суток) равно - 13",2, сигма 7",5.     

     √рафик зависимости величины отклонений луча от даты измерений обнаруживает соответствие некоторым гравиметрическим событи€м (обращение Ћуны, затмени€, землетр€сени€ и др.).   

      — помощью полученного графика, совместно с  .ј. ’айдаровым, вы€влены характерные особенности отклонений оптического луча, предшествующие сильным землетр€сени€м (пока с магнитудой более 6-ти). ”далось спрогнозировать сильное землетр€сение в японии (19:50:07 UTC on Thursday, September 25, 2003. The magnitude 8.0), когда был получен предварительный прогноз за трое суток и окончательный за сутки до событи€. ѕрогноз был представлен по »нтернету сейсмологам в  азахстане, непосредственно  .ј. ’айдарову (karim@mail.kz).

      ƒл€ статистической обработки результатов измерений был выбран интервал времени с 22 окт€бр€ по 13 декабр€ 2003 г (около 52 суток), когда не наблюдались аномальные отклонени€ светового луча - т.е. период "спокойного гравитационного фона". —реднее (систематическое) отклонение за этот период -11".6, стандартное отклонение (сигма)  5".2, — ќ - 0".24. ‘изическа€ природа систематического отклонени€ оптического луча не известна. ћожно только гипотетически предположить вли€ние 2-й космической скорости (скорости убегани€ на поверхности «емли), когда возможен угол отклонени€ пор€дка -7".7.

      √рафики аппроксимирующей кривой и 2-й лунной гармоники (максимумы синусоиды совмещены с сизиги€ми) показывают систематическое смещение на 48 - 50 часов, характеризующее запаздывание вли€ни€ фаз Ћуны относительно видимого их положени€. „то соответствует сопоставлению аппроксимирующей кривой и, смещенных на двое суток, синусоид лунных гармоник. ѕри этом была вы€влена коррел€ци€ со второй гармоникой - коэффициент 0,62 (–ис.2) и коррел€ци€, одновременно с трем€ гармониками (1-й, 2-й и 4-й) - коэффициент 0.81. Ќеобходимо отметить, что известно запаздывание приливов, обозначаемое термином "возраст прилива" - промежуток запаздывани€ наибольших приливов по отношению к астрономической сизигии, выражаемый в сутках и их дол€х.  

ѕричинами запаздывани€ приливов прин€то считать только физическое воздействие в€зкости воды, конфигурацию акватории и характер дна в узких бухтах, фьордах и заливах. ‘изическа€ природа временно'й задержки вли€ни€ лунных фаз на приливы и график отклонений оптического луча не известна.

 

–ис.2 јппроксимаци€ отклонений оптического луча и, смещенна€ на двое суток вперед, 2-€ гармоника Ћуны  (22 окт€бр€ - 13 декабр€ 2003 г.) [построено  .ј. ’айдаровым]

    ќсновным помехообразующим фактором измерений €вл€етс€ своеобразный фликкер-шум с периодом от нескольких минут до нескольких часов и амплитудой пор€дка 10".  роме того, процесс измерений пока не автоматизирован, что не дает возможности непрерывного наблюдени€ за весьма информативными нюансами вариаций отклонени€ светового луча.

      —ледует добавить, что наличие реальных, нерефракционных  отклонени€ светового луча с амплитудой в дес€тки угловых секунд, не исключает достаточно точных научных и технических измерений (например, в астрономии и геодезии). ¬ыработанна€ и используема€ на практике методика относительных измерений и их обработка, позвол€ют эмпирически учитывать и минимизировать (или исключать), периодически возникающие, "ошибки".  

«аключение 

     »змерени€ на ј√ќЌе уверенно показали систематические, периодические и случайные отклонени€ оптического луча от горизонтальной плоскости с амплитудой более 60" (угловых секунд) за 109 суток.

     ”становлено €вление систематического отклонени€ луча "вниз" на 11",6 (угловых секунд) в периоды "спокойного фона".

     ƒанные оптических отклонений, обусловленные вариаци€ми гравитационного потенциала, составл€ют большую часть эмпирических отклонений оптического луча, которые в геодезии и астрономии св€зываютс€ только с атмосферной рефракцией.

     ќбнаружен эффект временной (около двух суток) задержки вли€ни€ фаз Ћуны, относительно визуального их положени€, на физические и другие процессы, происход€щие на «емле. ¬ периоды "спокойного фона" аппроксимаци€ зависимости отклонений светового луча от даты измерений практически совпадает со, смещенной на двое суток вперед, синусоидой 2-й лунной гармоники (коэффициент коррел€ции - 0,62).

     ѕоказана возможность ј√ќЌа дл€ прогнозировани€ сильных (ћ > 6) землетр€сений. 

     –абота может представл€ть интерес дл€ специалистов в области геодезии, гравиметрии, астрономии, физики «емли и теоретической физики. 

Ѕлагодарности 

     јвтор чрезвычайно признателен –ухловой ј.ј.  за создание уникального зеркала, јстафьеву Ќ.√., √рандт ј.ј., ѕинчуку √.√. и Ќикитину ј.√. за техническое и материальное содействие в проведении экспериментов, а так же √недому —.ј.,  обычеву ¬.¬., ѕол€нскому ћ.ё., ’айдарову  .ј. и ўербине Ћ.ј.  за помощь в обработке данных, рецензировании работы и в подготовке графических материалов.

  

          —писок литературы: 

1.     √.√. Ќикитин, јбсолютный гравиметр оптический - ј√ќЌ, "√еодези€ и  артографи€",  N 6, 2004 г. 

2.     ¬.√. «данович, ј.Ќ. Ѕелоликов, Ќ.ј. √усев,  .ј. «вонарев, ¬ысша€ геодези€, ћ., Ќедра, 1970. —тр. 434.

3.     Ќ.ј.Ѕогуславский,  урс геодезии, —.- ѕетербург, “ипографи€ ё.Ќ. Ёрлих,  1897. —тр. 579 - 580.

 

к оглавлению

–°–∞–є—В –Я–Ф–°–Э–Я–°–†. –Х—Б–ї–Є —В—Л –њ–∞—В—А–Є–Њ—В –†–Њ—Б—Б–Є–Є - –ґ–Љ–Є —Б—О–і–∞!

–§—Г–љ–Ї—Ж–Є—П –Ъ–Ю–Ш–С - –Ј–∞—Е–≤–∞—В –≤–ї–∞—Б—В–Є —З–µ—А–µ–Ј —Д–∞–ї—М—Б–Є—Д–Є–Ї–∞—Ж–Є–Є –љ–∞ –≤—Л–±–Њ—А–∞—Е

«наете ли ¬ы, —З—В–Њ –ї—О–±–Њ–є —А–∞–Ј—Г–Љ–љ—Л–є —З–µ–ї–Њ–≤–µ–Ї —Б–Ї–∞–ґ–µ—В, —З—В–Њ –љ–µ –Љ–Њ–ґ–µ—В –±—Л—В—М —Г–ї—Л–±–Ї–Є –±–µ–Ј –Ї–Њ—В–∞ –Є –і—Л–Љ–∞ –±–µ–Ј –Њ–≥–љ—П, —З—В–Њ-—В–Њ —В–∞–Љ, –≤ –Ї–Њ—Б–Љ–Њ—Б–µ, –і–Њ–ї–ґ–љ–Њ –±—Л—В—М, —В–µ–њ–ї–Њ–µ, –Є–Ј–ї—Г—З–∞—О—Й–µ–µ –≠–Ь-–≤–Њ–ї–љ—Л, —Б–Њ–Њ—В–≤–µ—В—Б—В–≤—Г—О—Й–µ–µ —В–µ–Љ–њ–µ—А–∞—В—Г—А–µ 2.7º–Ъ. –Ф–µ–є—Б—В–≤–Є—В–µ–ї—М–љ–Њ, –љ–∞–±–ї—О–і–∞–µ–Љ–Њ–µ –Ї–Њ—Б–Љ–Є—З–µ—Б–Ї–Њ–µ –Љ–Є–Ї—А–Њ–≤–Њ–ї–љ–Њ–≤–Њ–µ –Є–Ј–ї—Г—З–µ–љ–Є–µ (CMB) –µ—Б—В—М —В–µ–њ–ї–Њ–≤–Њ–µ –Є–Ј–ї—Г—З–µ–љ–Є–µ —З–∞—Б—В–Є—Ж —Н—Д–Є—А–∞, –Є–Љ–µ—О—Й–Є—Е —В–µ–Љ–њ–µ—А–∞—В—Г—А—Г 2.7ºK. –Х—Й–µ –≤ –љ–∞—З–∞–ї–µ –•–• –≤–µ–Ї–∞ –≤–µ–ї–Є–Ї–Є–µ —Е–Є–Љ–Є–Ї–Є –Є —Д–Є–Ј–Є–Ї–Є –Ф. –Ш. –Ь–µ–љ–і–µ–ї–µ–µ–≤ –Є –Т–∞–ї—М—В–µ—А –Э–µ—А–љ—Б—В –њ—А–µ–і—Б–Ї–∞–Ј–∞–ї–Є, —З—В–Њ —В–∞–Ї–Њ–µ –Є–Ј–ї—Г—З–µ–љ–Є–µ (—В–µ–Љ–њ–µ—А–∞—В—Г—А–∞) –і–Њ–ї–ґ–љ–Њ –Њ–±–љ–∞—А—Г–ґ–Є–≤–∞—В—М—Б—П –≤ –Ї–Њ—Б–Љ–Њ—Б–µ. –Т 1933 –≥–Њ–і—Г –њ—А–Њ—Д. –≠—А–Є—Е –†–µ–≥–µ–љ–µ—А –Є–Ј –®—В—Г—В—В–≥–∞—А—В–∞ —Б –њ–Њ–Љ–Њ—Й—М—О —Б—В—А–∞—В–Њ—Б—Д–µ—А–љ—Л—Е –Ј–Њ–љ–і–Њ–≤ –Є–Ј–Љ–µ—А–Є–ї —Н—В—Г —В–µ–Љ–њ–µ—А–∞—В—Г—А—Г. –Х–≥–Њ –Є–Ј–Љ–µ—А–µ–љ–Є—П –і–∞–ї–Є 2.8ºK - –њ—А–∞–Ї—В–Є—З–µ—Б–Ї–Є —В–Њ—З–љ–Њ–µ —Б–Њ–≤—А–µ–Љ–µ–љ–љ–Њ–µ –Ј–љ–∞—З–µ–љ–Є–µ. –Я–Њ–і—А–Њ–±–љ–µ–µ —З–Є—В–∞–є—В–µ –≤ FAQ –њ–Њ —Н—Д–Є—А–љ–Њ–є —Д–Є–Ј–Є–Ї–µ.