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“天宫二号”开展人类初次空间冷原子钟试验

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  • 2022-05-04
“天宫二号”开展人类初次空间冷原子钟试验

没有钟摆 ,也没有秒针走路的滴答声,一只“长相”彻底不切合人们对于钟的预期的玄色圆柱体15日搭乘“天宫二号”空间试验室来到太空,成为人类汗青上第一台在轨举行科学实验的空间冷原子钟 。

这只钟对于时间的丈量基于原子物理 ,而又跟年夜部门的原子钟差别,这只钟运用的是更为进步前辈的冷原子物理技能。

据上海光机所中科院量子光学重点试验室主任刘亮先容,假如说机械表1天差未几有1秒偏差 ,石英表10天梗概有1秒偏差 ,氢原子钟数百万年有1秒偏差,那末冷原子钟则可以做到三万万年到三亿年偏差1秒。

(关于空间冷原子钟的想象图,贺萌制图)

(小标题)这只钟为何走患上那末准?

一言以蔽之 ,法门在于“高、冷”二字 :一方面患上益于太空中“天宫二号”的“微重力”情况,另外一方面则由于钟自身的“冷” 。

据先容,在微重力情况下 ,原子团可以做超慢速匀速直线运动,基于对于这类运动的邃密丈量可以得到较地面上越发周详的原子谱线信息,从而可以得到更高精度的原子钟旌旗灯号 ,实此刻地面上没法实现的机能。

此外,哄骗激光冷却技能,原子气体被冷却至极低的温度 ,这极年夜地消弭了原子热运动对于原子钟机能的影响。

“就像你坐在房间里,虽然看不见原子或者份子,但内里的原子或者份子都在运动 ,运动就会孕育发生热 ,即是热原子 。冷原子技能则是用激光的要领将原子温度从室温降低到靠近绝对于零度 。对于这些险些不动的原子举行丈量,成果会越发正确。”刘亮说。

(空间冷原子钟的构成)

(小标题)这么准的钟为什么必然要放到天上呢?

科学家注释说,这是为了在太空中做一个高精度的时间基准 。有了这个基准 ,就能够把天上的原子钟都同步起来,让它们变患上更为精准。

因为空间轨道与地球外貌之间存在年夜气以及电离层,地面高精度的时间基准旌旗灯号与卫星或者宇航器举行时间同步比对于时会受年夜气多变状况的滋扰 ,致使呈现各类偏差以及不不变性。

空间冷原子钟的在轨运行,则将在太空中成立超高精度的时间频率基准,对于其他卫星上的星载原子钟举行无滋扰的时间旌旗灯号通报以及校准 ,使患上基于空间冷原子钟同步的全世界卫星导航体系具备越发切确以及不变的运行能力 。

(空间冷原子钟的一些运用)

(小标题)这只钟可以用来做甚么?

据科学家先容,冷原子技能的成长使很多试验的精度年夜幅度地提高,使本来不成能举行的试验成为可能。例如 ,今朝的卫星导航体系只能用于近地规模,将来有无可能实现太阳系行星间的定位呢?若是能在空间适合的位置放置高精度原子钟,就能够实现年夜标准的高精度导航。

刘亮以为 ,最适合的位置是太阳系中的各个拉格朗日点 ,由于这里不受引力的影响 。若在这些点上各放置一台高精度原子钟,则至少可以在太阳系较年夜规模内实现正确定位。这一旦实现,就能够举行年夜标准时空研究 ,例如可以验证广义相对于论在年夜标准环境下是否建立等。

刘亮先容,哄骗空间冷原子钟还可以丈量引力红移,探测引力波和暗物资等 。“现实上 ,许多研究都是基于咱们对于于时空的丈量。只要能探测到时空的变化,咱们就能测出今朝的要领觉得不到的工具。”他说 。

(时钟的汗青蜕变)

(小标题)从天然钟到光钟--人类对于时间精度寻求的过程

科学家以为,整小我私家类社会的成长史也是人类对于时间精度寻求的汗青 。

远古期间 ,人们哄骗天体的周期性运动来记载时间,日出而作,日落而息。这类经由过程不雅察太阳以及玉轮相对于本身的位置等天然征象来恍惚地界说时间的要领 ,可以称为天然钟。

跟着古代文明的前进,人们逐渐发现了如日晷 、水钟、沙漏等计时装配,可以或许唆使时间按等量距离流逝 ,标记着人造时钟最先呈现 。

从20世纪30年月最先 ,跟着晶体振荡器的发现,小型化、低能耗的石英晶体钟表取代了机械钟,广泛运用在电子计时器以及其他各类计时范畴 ,一直到此刻都是人们一样平常糊口中所使用的重要计时装配。

从20世纪40年月最先,现代科学技能出格是原子物理学以及射电微波技能蓬勃成长,科学家创造出比晶体钟精度更高的原子钟。

近30年间 ,跟着激光冷却原子技能的成长,哄骗激光冷却的原子而制造的冷原子钟使时间丈量的精度进一步提高 。

“将来可能会呈现越发精准的原子核钟。”刘亮说,“咱们的最终方针是制造出在整个宇宙的生命周期内永远不会走偏的时钟。”

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