基于中国空间站与地面站激光时间链路的引力红移测试公式化
广义相对论与量子宇宙学
2026-05-11 v1 天体物理仪器与方法
地球物理
摘要
本文提出了一种基于中国空间站(CSS)激光时间传递(CLT)系统的高精度引力红移测试。我们基于空间-地面时钟比较的c^{-3}阶相对论模型，开发了完整的观测方程。虽然CSS光学时钟系统目前处于轨道调试阶段，但我们利用实际CSS轨道数据进行的仿真实现了(1.8±47)*10^{-7}的引力红移验证精度——比以往实验提高了一个数量级。我们的工作是首次将激光-based时间传递用于引力红移验证，同时首次将CSS CLT链用于测试这一基本的广义相对论方面。不同于微波方法，激光方法避免了离子层效应和一阶达特尔移位。残差分析识别出大气延迟变化和大气湍流为主要剩余不确定性来源。所实现的精度实现了0.1 m^2/s^2级的引力势差测量——为基本物理学调查和测绘应用（包括跨洲际高度传递）提供了新的能力。该工作为高精度相对论物理测试树立了新基准，并展示了基于空间的光学时间传递的变革性潜力。
引用
@article{arxiv.2605.07216,
title = {Formulation of testing gravitational redshift based on Laser Time link between China Space Station and a ground station},
author = {Rui Xu and Wenbin Shen and Hok Sum Fok and Pengfei Zhang and Lihong Li and Lei Wang and Kuangchao Wu and An Ning and Youchao Xie and Ziyu Shen and Lingxuan Wang and Yongqi Zhao and Kai Liu and Yuanjin Pan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.07216},
year = {2026}
}