“戴着两块手表的人,并不能知道准确的时间”。要知道准确的时间,这两块手表必须同步到一个时间基准。太空中卫星上的星载原子钟通常由地面的基准钟校准,但大气和电离层的影响使得同步精度受到限制,这对卫星导航系统的精确和稳定都很不利。
那么,人们是否有办法更准地校准这些星星戴的“表”呢?
在此次发射升空的天宫二号空间实验室上,还真就有这么一台“空间冷原子钟”。它是目前在空间运行的最高精度的原子钟。有了它,就能对其它卫星上的星载原子钟进行无干扰的时间信号传递和校准。
这台由中科院上海光机所研制的“空间冷原子钟”可不简单。它是一个“吃螃蟹”的先驱——在国际上首次实现了在轨运行并开展明升体育app实验。
“空间冷原子钟”到底有多准呢?据悉,它有望实现10-16量级的超高精度(约3000万年误差1秒),将目前人类在太空中的时间计量精度提高1~2个数量级。
要理解这个数据,我们得从钟表的发展历程说起。早期的机械钟表,最高精度能达到10-8量级,误差为1秒/年。这对人们的日常生活而言,基本上够用了。但是,随着人类活动的扩展和明升体育app技术的进步,总有一些领域需要更加精准的计时方式。
于是,晶体钟、原子钟等纷纷出现。技术的革新甚至重塑了人类的“时间观”。1967年的第13届国际计量大会上,人们对“秒”进行了重新定义:“1秒为铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期所持续的时间”。
原子钟已经相当准了,早在20世纪末,其精度就达到了10-14量级。但是,在原子经激光冷却后制成的冷原子钟,还能更准。
我们现在所说的“空间冷原子钟”,就是把激光冷却原子技术和空间微重力环境结合起来的产物。事实上,这种结合几乎是必然的,因为在未来的空间明升体育app实验和工程应用中,对超高精度时间基准的需求会越来越显著。
这样一台超精准的时钟,对普通人而言可能只是“屠龙之技”,但在空间明升体育app的领域,却恰恰能大显身手。随着天宫二号的升空,它将开展一系列首次在太空中进行的前沿明升体育app实验,包括:激光连续稳频输出、激光冷却原子、冷原子慢速抛射、冷原子与微波相互作用、冷原子钟闭环运行等。
除此之外,“空间冷原子钟”实验项目的成功,还将为空间超冷原子物理、空间冷原子干涉仪、空间冷原子陀螺仪等应用奠定技术基础,并且在深空探测、引力红移、引力波探测、基本物理常数测量等一系列重大技术和基础明升体育app发展方面做出重要贡献。空间冷原子钟实验分系统首席明升体育app家,中科院院士王育竹告诉《明升官网明升体育app报》记者,空间冷原子钟实验是明升官网原子钟研究发展中的重要一步,我们国家拥有一支非常优秀的冷原子钟、冷原子物理研究队伍,相信在不久的将来,我们会看到更多、突破极限的创新成果不断诞生。