測地学と重力測定

アインシュタインの一般相対性理論は、空間と時間が密接に関連していることを示しています。 原子時計の周波数もまた、地球の重力ポテンシャル内の位置によって変化します。 この変化を考慮するには、時計のある位置の局所的な重力と標高を知る必要があります。

NICTは測地学に関連するいくつかの観測施設を運用しています。

重力測定は、海の潮汐と同様に月と太陽の位置の影響を受ける重力場（重力加速度）の強さの測定です。 時空標準研究室では、相対不確さが 1 μGal である重力計を使用して、この重力場の変動を継続的に監視しています。 私たちは他の測地研究所と協力して、重力加速度の絶対値を決定しています。

しかし、これだけでは正確な周波数測定には不十分です。 重力は重力ポテンシャルの勾配であり、地上の高さの違いによって重力ポテンシャルがどれだけ変化するかを教えてくれます。式で表されるように、座標時の時間間隔 Δt と測定によって得られる固有時の時間間隔 Δτ との関係を得るには、ポテンシャル U そのものが必要です。

ここで c は光速、座標時Δt は、重力ポテンシャルのない場所での理想的な原子時計が刻む時間間隔です。 地球の表面近くでは、高さが 1 cm 変化すると、時間の進みが 10¹⁸ 分の 1 変化します。 光原子時計の周波数確度はすでにこのレベルに達しています。 このような時計を比較するには、国際的に合意された重力ポテンシャルの基準面に対する鉛直位置をセンチメートル以内で知る必要があります。

地上の重力ポテンシャルの基準面は、平均海面とほぼ一致する重力の等ポテンシャル面であるジオイドです。 ジオイドの研究は、地球の形状とサイズ、および地球の自転を研究する測地学の一部です。 時空標準研究室では、地球の潮汐、地下水の変化、または地震によって引き起こされる地殻変動に伴う高さの変化に特に関心があります。 私たちは、光原子時計の測定への影響を理解することを目標に、レベリング、全地球航法衛星システム (GNSS) による測位、観測井戸の監視などの測地測定キャンペーンで他の組織と協力しています。

日本のように地震活動が活発な国では、地殻変動を監視することも測地学の重要な一部です。 私たちは、宇宙測地技術による観測によってこれに貢献しています。 NICTでは、長年Very Long Baseline Interferometry (VLBI) の研究開発を行ってきました。 VLBI および GNSS 技術による国際共同観測は、国際天文基準座標系 ICRF および国際地球基準座標系 ITRF を決定するために使用されています。 現在、時空標準研究室は、国際 VLBI プロジェクト (IVS) および国際 GNSS サービス (IGS) に参加する観測ステーションを運用しています。 IGS は、全地球航法衛星システムを使用して、地球の自転と地上の局位置を監視します。