Clock network modeling (CRC 1128, C03)

Im Allgemeinen ermöglichen Netzwerke von hochpräzisen Uhren und deren Vergleich die sehr genaue Bestimmung des relativen Gravitationspotentials (und der Relativgeschwindigkeit). In diesem Projekt untersuchen wir die Fähigkeiten solcher Netzwerke der neuen Generation von optischen Uhren, die durch Glasfaserverbindungen verbunden sind, für eine Vielzahl von Anwendungen wie die Bestimmung des Erdschwerefeldes, Zeitvergleiche oder Synchronisationen, Navigation und Positionierung sowie grundlegende physikalische Tests. Da Uhren das Gravitationspotenzial direkt messen, eröffnet sich damit ein grundlegend neues Konzept für die physikalische Geodäsie, d.h. z.B. für die Geoidbestimmung und die Realisierung eines neuen globalen dynamischen Bezugssystems. Für letzteres werden wir auch Uhren im Weltraum einsetzen.

Für die gründliche theoretische Beschreibung von Uhren und Uhrennetzwerke sind alle speziellen und allgemeinen relativistischen Effekte wie Gravitations-Rotverschiebung, Dopplereffekt, Gravitationszeitverzögerung, Sagnac-Effekt und sogar der Lense-Thirring-Effekt für Uhren zu berücksichtigen. Tatsächlich geben diese Effekte die Information über die Relativbewegung der Uhren und das Gravitationsfeld an ihrem Standort. Darauf aufbauend können wir dann Massen- und Höhenänderungen modellieren, die sich auf die Uhrenmessung auswirken, z.B. im Zusammenhang mit festen Erdgezeiten.

Wir haben diese Aufgabe in drei Hauptschritte und ein Add-on für Tests der besonderen und allgemeinen Relativitätstheorie aufgeteilt

1. Berechnung aller (relativistischen) Effekte in Uhrennetzen auf der Erde.
2. Untersuchung neuer und möglicherweise leistungsfähigerer und effektiverer Konzepte zur Höhenbestimmung über weite Strecken oder zu abgelegenen Gebieten (Inseln) auf der Grundlage von Uhrennetzen auf der Erde (und möglicherweise mit Hilfe von Uhren im Weltraum).
3. Geodätische Modellierung zeitabhängiger Gravitationsfelder, d.h. Modellierung aller relevanten Massenvariationen (hauptsächlich Gezeiteneffekte), die während der Messzeit und zwischen den Epochen auftreten.
4. Als Ergänzung möchten wir analysieren, ob diese hochpräzisen Uhren im Schwerefeld der Erde auch für neue hochpräzise Tests der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie eingesetzt werden können.

Dieses Projekt wird auch die theoretischen Grundlagen für die Beschreibung von Uhren mit Genauigkeiten besser als die vorliegende vorbereiten und dient auch als Schnittstellenprojekt zwischen Physik/Genereller Relativitätstheorie und Geodäsie.