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摘要:[5放射性日常用品]原子钟是人类有史以来最强大的时间测量设备。地球上最强大的原子钟可以持续数十亿年而不损失一秒的时间。而地球轨道以外的航天器则依靠地球上的原子钟和无线电信号来精确确定它们在太空中的位置并进行航向调整。这种离子“滴答”的速度比旧原子钟中的铯原子快得多,例如多年来指导美国官方时间的原子钟,或是GPS卫星上的原子钟。
一个超精密的原子钟,大小相当于一个四片烤面包机,将在今年夏天被设置成拉入外层空间,美国宇航局说,
这不是你的平均计时器。所谓的深空原子钟(DSAC)比地球原子钟小得多,比其他少数几个空间原子钟精确得多,比以往任何一种钟都更能抵御太空旅行的压力。根据美国宇航局的一份声明,预计它在一天的时间内损失不超过2纳秒(20亿分之一秒)。在十年的时间里,这大约是每秒的七百万分之一。喷气推进实验室代表安德鲁古德(Andrew Good)在给Live Science的一封电子邮件中说,第一架DSAC将搭载定于6月进行的第二次猎鹰重型发射。[5放射性日常用品]
原子钟是人类有史以来最强大的时间测量设备。广义上说,它们的工作原理是观察已知会做某些事情的原子——比如发光——非常有规律和迅速,然后计算这些原子做这些事情的次数。地球上最强大的原子钟可以持续数十亿年而不损失一秒的时间。
和极其精确地测量时间是一件大事。所有的科学实验都依赖于测量一秒钟的分数而没有误差。全球定位系统(GPS)卫星网络如果不精确测量无线电信号反弹的时间,就无法工作。而地球轨道以外的航天器则依靠地球上的原子钟和无线电信号来精确确定它们在太空中的位置并进行航向调整。
每一次进行航向修正的深空任务都需要向地球上的地面站发送信号。这些地面站依靠原子钟来测量这些信号到达所需的时间,这使得它们能够在巨大的真空中将航天器的位置定位到米以下。然后,它们将信号发回,告诉飞船它们在哪里,下一步去哪里。
这是一个繁琐的过程,这意味着任何给定的地面站一次只能支持一个航天器。根据美国国家航空航天局的一份简报,DSAC的目标是允许航天器在不等待地球信息的情况下,在航天器上进行精确的定时测量,可以计算时间而不必等待来自地球的测量结果——允许它进行航向调整或进行精确的科学实验,而不必停下来将天线转向地球并等待答复。
DSAC依赖于一种相对较新的原子钟技术,首次在2006年发表的一篇论文中进行了描述,它测量单个被捕获的、激光冷却的汞离子的行为。这种离子“滴答”的速度比旧原子钟中的铯原子快得多,例如多年来指导美国官方时间的原子钟,或是GPS卫星上的原子钟。
这种用于DSAC的版本也被设计成在发射重力或外太空严寒的压力下不会丢失时间,以及吸引很少的力量。烤面包机的大小并不是限制,正如美国宇航局在其声明中所写,未来的任务中,时钟可能进一步小型化。
一旦发射,测试DSAC将在轨道上运行一年左右,以测试其性能。在未来的道路上,除了将其用于深空任务外,美国宇航局还写道,这项技术可用于改进GPS系统。
最初发表在《生命科学》杂志上。
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