Brzy včera ráno vypustila NASA raketu SpaceX Falcon Heavy na oběžné dráze s hodgepodge vědeckých misí na palubě. Jedním z nejzajímavějších užitečných nákladů byly hodiny, které se budou otáčet asi rok, když obíhají kolem planety. Ale to nejsou obyčejné hodiny: Atomové hodiny Deep Space Atomic Clock jsou technologií, která by mohla v budoucnosti usnadnit navigaci v hlubokém vesmíru.
Kasandra Brabaw na webu Space.com hlásí, že většina sond odeslaných do vesmíru je sledována ze Země pomocí rádiových vln, které se pohybují rychlostí světla. Signál je vyslán ze Země a okamžitě se odrazí zpět k řízení mise, což umožňuje manipulátorům sondy vypočítat přesnou polohu na základě toho, jak dlouho jim signál dosáhl. Tento proces se opírá o Deep Space Network NASA, řadu rádiových antén, které dokážou zvládnout tolik kosmického provozu v kterémkoli daném okamžiku.
Pokud však sondy měly hodiny dostatečně stabilní a přesné, aby jim umožnily naplánovat si svůj vlastní kurz, mohli by část navigace provést samostatně, uvádí Jonathan Amos v BBC.
"Autonomní palubní navigace znamená, že kosmická loď může provádět svoji vlastní navigaci v reálném čase, aniž by čekala na zaslání pokynů od navigátorů sem na Zemi, " řekl nedávno novinářům tisková konference zástupce hlavního vyšetřovatele Jill Seubertová. Kosmická loď „s vlastním řízením“ je také klíčovou součástí uvádění lidí na Mars. "A s touto schopností může být kosmická loď s posádkou bezpečně doručena na místo přistání s menší nejistotou v jejich cestě."
Ale ani ten nejhezčí Rolex to neřeže ve vesmíru. Krystaly křemene oscilují při pravidelné frekvenci, když jimi prochází elektrický proud, a proto jsou zvyklí v hodinách sledovat čas. Jsou dostatečně přesní, pokud jde o práci nebo chytání vlaku, ale samy o sobě nejsou dost přesné pro navigaci v hlubokém vesmíru. Během šesti týdnů mohou ztratit celou milisekundu, což by bylo pro vesmírnou sondu katastrofální.
K dosažení přesnosti miliardtiny sekundy, která je nutná k letu vesmírem, je zapotřebí atomových hodin, miniaplikace, která trénuje svůj křemenný krystal na kmitání určitých atomů. Elektrony kolem těchto atomů zabírají zřetelné energetické úrovně nebo oběžné dráhy, a to vyžaduje přesný náraz elektřiny, aby způsobil, že skočí na další energetickou úroveň. "Skutečnost, že energetický rozdíl mezi těmito oběhami je tak přesná a stabilní hodnota, je ve skutečnosti klíčovou složkou atomových hodin, " uvádí v tiskové zprávě Eric Burt, fyzik atomových hodin v laboratoři NASA Jet Propulsion Laboratory. "To je důvod, proč atomové hodiny mohou dosáhnout úrovně výkonu za mechanické hodiny."
V atomových hodinách je frekvence křemenného oscilátoru jemně vyladěna, aby odpovídala energii potřebné k pop elektronům na novou úroveň energie. Když křemen vibruje na správné frekvenci, elektrony skočí na další energetickou úroveň. Pokud tomu tak není, hodiny vědí, že je frekvence vypnutá a mohou se napravit, což je proces, ke kterému dochází každých několik sekund.
V současné době je většina pozemských atomových hodin velikostí chladničky. Vstupte do atomových hodin Deep Space Atomic Clock, s nimiž se inženýři NASA hýčkají již téměř 20 let. Gadget o velikosti toustovače používá nabité rtuťové ionty, aby udržel svůj křemenný oscilátor pravdivý, a během čtyř dnů ztrácí pouze asi jednu nanosekundu. Trvalo by asi 10 miliónů let, než budou hodiny vypnuty o jednu sekundu, takže by byly asi 50krát stabilnější než přesné hodiny používané při satelitní navigaci GPS.
Hodiny jsou v současné době na nízké oběžné dráze Země a zapnou se za čtyři až sedm týdnů. Po třech až čtyřech týdnech provozu budou vědci analyzovat jeho předběžnou výkonnost a poté, co se přiblíží kolem planety asi rok, provedou konečný verdikt o tom, jak dobře funguje ve vesmíru.
Pokud jsou hodiny dostatečně stabilní, podle prohlášení NASA by se mohla začít objevovat v kosmické lodi do 30. let 20. století. Ať už tato verze přežije nebo ne, atomové hodiny nebo podobná technologie budou v budoucích vesmírných misích do jiných světů kritické.
"Deep Space Atomic Clock budou mít schopnost pomáhat při navigaci, nejen lokálně, ale i na jiných planetách, " říká Burt. "Jeden způsob, jak si to myslet, je, jako bychom měli GPS na jiných planetách."
Mezi další experimenty, které šly na orbitu s hodinami, patří mise Green Propellant Infusion Mission, která testuje systém využívající vysoce výkonné, netoxické vesmírné palivo, a experiment s vylepšeným tandemovým majákem, který prozkoumá bubliny v elektricky nabitých vrstvách. atmosféry Země, která může někdy rušit signály GPS.
