Por que os relógios GPS não são suficientes para sincronizar as observações do VLBI?

Em interferometria de linha de base muito longa, é típico usar um relógio atômico de maser de hidrogênio para amostrar dados. No entanto, dado o preço desses relógios atômicos, parece surpreendente que mais observatórios não estejam usando relógios atômicos não locais, como relógios GPS.

Este artigo da Wikipedia diz que "o sinal da antena é amostrado com um relógio atômico extremamente preciso e estável (geralmente um maser de hidrogênio) que também é bloqueado em um padrão de tempo do GPS". Minha pergunta é: por que não eliminar completamente o maser de hidrogênio?

time vlbi

— Hans Gaensbauer
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Não estou qualificado para responder, mas posso arriscar um palpite. No VLBI, como o discutido nesta pergunta, o comprimento de onda é de apenas 1,3 mm, ~ 230 GHz, você precisa de uma estabilidade de curto prazo abaixo de um picossegundo, e não acho que o GPS ofereça nada parecido com isso.

— uhoh

GPS oferece ca. Precisão de 40ns , o que não parece suficiente.

— Restabeleça Monica - M. Schröder

Há uma apresentação que aborda esse assunto regularmente nos workshops do Serviço Internacional do VLBI. A versão mais recente está em High-precision Time and Frequency no VLBI e a derivação relevante da precisão necessária está no slide 5. Basicamente, para interferometria, você está tentando igualar a fase das formas de onda (posição ao longo de uma onda senoidal no simplista sentido) dos dois sinais de cada um dos pratos.

Se usarmos uma frequência de observação de 10 GHz (10e9 Hz) e quiser manter a fase coerente em ~ 10 graus (fora dos 360 graus) após 1000 segundos de integração, será necessário 10 / (360 * 10 * 1e9 * 1e3) ou 10 / 3.6e16 ou uma estabilidade de relógio de cerca de 2,8e-15. Frequências mais altas, como as de 230 GHz mencionadas no comentário, serão ainda mais exigentes.

Se você observar as parcelas de desvio / variância de Allan, que medem a estabilidade dos relógios, como a plotagem no slide 4 (e copiada abaixo): esse nível de desempenho em 1000 segundos é alcançado apenas por masers de hidrogênio. O típico oscilador disciplinado por GPS estará em cerca de 1e-12 a 1000segundos; veja esta recente comparação de 17 GPSDOs . Com a correção cuidadosa do erro dente de serra causado pelo oscilador interno do GPS (discutido no final da apresentação), você pode melhorar o jitter típico de 50 ns do GPS para ~ 5 ns. Além desses efeitos atmosféricos / ionosféricos, você precisa usar um GPS de dupla frequência para eliminá-los.

— astrosnapper
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