โดย Kasandra Brabaw เผยแพร่ 24 มิถุนายน 2019NASA’s Deep Space Atomic Clock, seen here in an artist’s illustration, will test out new technology to for deep-space navigation.
นาฬิกาอะตอมอวกาศลึกของนาซาซึ่งเห็นได้จากภาพเว็บตรงประกอบของศิลปินจะทดสอบเทคโนโลยีใหม่ ๆ สําหรับการนําทางในห้วงอวกาศลึก (เครดิตภาพ: นาซา)นาซามีกําหนดจะปล่อยนาฬิกาอะตอมใหม่ที่น่าทึ่งขึ้นสู่วงโคจรบน Falcon Heavy ในวันนี้ (24 มิถุนายน)
ในภารกิจสาธิตเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยนวิธีที่มนุษย์สํารวจอวกาศได้
นาฬิกาอะตอมอวกาศลึกซึ่งพัฒนาโดยห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA เป็นการอัพเกรดที่พร้อมอวกาศเป็นนาฬิกาปรมาณูที่เราใช้ที่นี่บนโลกและนาฬิกาที่บินบนดาวเทียมอยู่แล้วเช่นเดียวกับที่ให้ GPSตามหลักการแล้วนาฬิกาปรมาณูใหม่นี้จะทําให้ยานอวกาศนําทางไปยังวัตถุที่อยู่ห่างไกลในอวกาศเช่นในการเดินทางสู่ดาวอังคารเช่น – เป็นอิสระมากขึ้น NASA กล่าวในแถลงการณ์ ความแม่นยําในการวัดตําแหน่งของยานอวกาศที่นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะได้รับจากนาฬิกาอะตอมอวกาศลึกจะช่วยให้ยานอวกาศที่เดินทางในห้วงอวกาศลึกสามารถทําหน้าที่ได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องสื่อสารกับโลกมากนัก มันจะเป็นการปรับปรุงอย่างมากเกี่ยวกับวิธีการสํารวจยานอวกาศในปัจจุบันนาซากล่าว
ที่เกี่ยวข้อง: นี่คือสิ่งที่ดาวเทียม 2 โหลดูเหมือนบรรจุสําหรับการเปิดตัวบน SpaceX Falcon Heavy
แต่มันทํางานอย่างไร?นักดาราศาสตร์ใช้นาฬิกาเพื่อนําทางในอวกาศอยู่แล้ว พวกเขาส่งสัญญาณไปยังยานอวกาศซึ่งส่งมันกลับสู่โลก เวลาของการเดินทางไปกลับนั้นบอกนักวิทยาศาสตร์ถึงระยะห่างของยานอวกาศจากโลก นั่นเป็นเพราะสัญญาณกําลังเดินทางด้วยความเร็วแสงดังนั้นอาวุธที่มีเวลาที่ใช้ในการไปที่ยานอวกาศและย้อนกลับการหาระยะทางเป็นเพียงการคํานวณง่ายๆออกไป ด้วยการส่งสัญญาณหลายครั้งเมื่อเวลาผ่านไปนักวิทยาศาสตร์สามารถคํานวณวิถีของยานอวกาศได้ทั้งที่ที่มันอยู่และที่ที่มันไป
แต่เพื่อที่จะทราบตําแหน่งของยานอวกาศภายในขอบเล็ก ๆ ของข้อผิดพลาดนักดาราศาสตร์ต้องการนาฬิกาที่แม่นยํามากซึ่งสามารถวัดพันล้านวินาทีตามรายงานของนาซา พวกเขายังต้องการนาฬิกาที่มีความเสถียรมาก “ความเสถียร” ในที่นี้หมายถึงวิธีการที่นาฬิกาวัดหน่วยเวลาอย่างสม่ําเสมอ ในขณะที่คุณคิดว่านาฬิกามักจะวัดระยะเวลาเดียวกันกับ “วินาที” นาฬิกามีแนวโน้มที่จะล่องลอยและค่อยๆทําเครื่องหมายเวลาที่ยาวขึ้นและนานขึ้นเป็น “วินาที” สําหรับการวัดตําแหน่งของยานอวกาศในอวกาศที่ห่างไกลนักดาราศาสตร์ต้องการนาฬิกาอะตอมของพวกเขาเพื่อให้สอดคล้องกันดีกว่าหนึ่งในพันล้านวินาทีในช่วงหลายวันและหลายสัปดาห์
นาฬิกาสมัยใหม่ตั้งแต่นาฬิกาที่เราสวมใส่บนข้อมือไปจนถึงนาฬิกาที่ใช้กับดาวเทียมส่วนใหญ่มักจะให้เวลาโดยใช้ออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์ สิ่งเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าผลึกควอตซ์สั่นสะเทือนที่ความถี่ที่แม่นยําเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากับพวกเขานาซากล่าวในแถลงการณ์ การสั่นสะเทือนทําหน้าที่เหมือนลูกตุ้มในนาฬิกาปู่
แต่ตามมาตรฐานของการนําทางในอวกาศนาฬิกาคริสตัลควอตซ์ไม่เสถียรเลย หลังจากหกสัปดาห์พวก
เขาอาจจะปิดโดยมิลลิวินาทีเต็มซึ่งแปลที่ความเร็วของแสงถึง 185 ไมล์ (300 กิโลเมตร) ข้อผิดพลาดจํานวนมากนั้นจะมีผลกระทบอย่างมากต่อการวัดตําแหน่งของยานอวกาศที่เคลื่อนที่เร็ว NASA กล่าว
นาฬิกาอะตอมรวมออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์กับอะตอมบางประเภทเพื่อสร้างเสถียรภาพที่ดีขึ้น นาฬิกาอะตอมอวกาศลึกของนาซาจะใช้อะตอมของปรอทและปิดลงน้อยกว่าหนึ่งนาโนวินาทีหลังจากสี่วันและน้อยกว่าหนึ่งไมโครวินาทีหลังจาก 10 ปี นาซาจะใช้เวลา 10 ล้านปีกว่าที่นาฬิกาจะผิดไปเพียงเสี้ยววินาทีเดียว ตามรายงานของนาซา
ที่เกี่ยวข้อง: นาฬิกาปรมาณูของนาซาบนเหยี่ยวเหยี่ยวตัวต่อไปของ SpaceX จะบุกเบิกเทคโนโลยีการเดินทางในอวกาศลึก
อาจไม่น่าแปลกใจที่จะเรียนรู้ว่านาฬิกาอะตอมใช้ประโยชน์จากโครงสร้างของอะตอมซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสของโปรตอนและนิวตรอนที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน อะตอมของแต่ละองค์ประกอบมีโครงสร้างที่แตกต่างกันโดยมีโปรตอนจํานวนต่างกันในนิวเคลียส แม้ว่าจํานวนอิเล็กตรอนที่อะตอมแต่ละประเภทจะมีอาจแตกต่างกันไป แต่อิเล็กตรอนครอบครองระดับพลังงานที่แตกต่างกัน และการกระแทกของพลังงานในปริมาณที่เหมาะสมอาจทําให้อิเล็กตรอนกระโดดขึ้นสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นรอบนิวเคลียสได้
พลังงานที่จําเป็นในการสร้างอิเล็กตรอนในการกระโดดนี้เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละองค์ประกอบและสอดคล้องกับอะตอมทั้งหมดของธาตุนั้น “ความจริงที่ว่าความแตกต่างของพลังงานระหว่างวงโคจรเหล่านี้เป็นค่าที่แม่นยําและมีเสถียรภาพเป็นส่วนประกอบสําคัญสําหรับนาฬิกาอะตอมจริงๆ” Eric Burt นักฟิสิกส์นาฬิกาอะตอมของ JPL กล่าวในแถลงการณ์ “นี่คือเหตุผลที่นาฬิกาอะตอมสามารถไปถึงระดับประสิทธิภาพได้นอกเหนือจากนาฬิกากลไก”
ในสาระสําคัญนาฬิกาอะตอมสามารถแก้ไขตัวเองได้ ในนาฬิกาอะตอมความถี่ของออสซิลเลเตอร์ควอตซ์จะถูกเปลี่ยนเป็นความถี่ที่ใช้กับชุดของอะตอมจากองค์ประกอบเฉพาะ หากความถี่ถูกต้องจะทําให้เว็บตรง
