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最新原子钟精准度超高 自大爆炸至今误差不到一秒

2019-05-20 22:08:09    来源:书生家电网    浏?#26469;?#25968;:    字号:TT

  美国实验天体物理联合研究所研发的原子钟,准确度是石英表的数千亿倍。研究者们解释说,假设这个钟在宇宙大爆炸那个时候启用,到今天它的误差还不到一秒。

最新原子钟精准度超高 自大爆炸至今误差不到一秒

  JILA物理学家Jun Ye研究原子钟有近20年时间了,这期间他不断改进设计,精确度已提升了一千倍,去年3月发布的版本创下了世界最新的精确度。其核心构件是一个约10万个锶原子的密闭室。当被特定的激光照射时,这些原子放射出波长为698纳米的红光。

  钟摆每秒钟摆动一次算1赫兹,那么这些光波的震荡频率相当于约430万亿赫兹。由于震荡的频率取决于原子的基础结构,因此这种计时设备十分稳定。相比之下,传统计时钟的钟摆随着温度和湿度的变化?#20493;?#21152;快?#20493;?#20943;慢。

  将来政府可能会根据原子钟校准美国各地的时间,不过,如果把原子钟仅用在这方面,那?#21830;?#23624;才”了。天文物理学家在计划利用原子钟?#24230;?#33322;天领域多?#38047;?#36884;。实际上它可能是目前世界上“最精确的设备?#34180;?/p>

  太空距离测量仪

  人们知道光在真空中传播的速度每秒近30万公里,只要测量光从A地点传播到B地点所需的时间,就可以算出两地的距离。有了这样精确测量时间的仪器,就等于有了精确的太空距离测量仪。

  导航太空船

  一些工程师已经在用早期版本的原子钟远程导航太空船。比如,美国宇航局让地面的天线定期向飞往火星的太空船发送无线电信号,信号抵达太空船之后立即弹回。地面的天线与原子钟相连,通过记录信号出去和回到地面的时间差,工程师们算出太空船所处的位置、飞行速度,根据这些信息向太空船发送导航指令。

  然而地面的天线资源有限,靠近火星的飞行器常常要等上40分钟才能和地面的天线联络上。这样延时让导航出错几率高。现在NASA考虑在太空船上配备一个原子钟,太空船可以根据首次从地面收到的无线电信号自行计算航线。NASA的导航工程师Todd Ely告诉《连线》杂志:“我们将能够比今天服务更多的太空船。”

  Ely的团队计划今年6月发送一个原子钟到太空中观察一年时间。他们将发送的原子钟每天的误差仅千万亿分之一秒,这样的精确度仍只有Ye团队保持的最精确记录的万分之一。如果可行,NASA将为以后发送的太空轨道器配备这种原子钟。

  协调相机同时?#32435;?#29031;片

  准确度较好的计时器也将提升太空拍照能力。今年4月发布的首个黑洞照片,一?#32622;?#20026;氢原子微波激射器的原子钟起了很重要的作用。那个黑洞很小,就像在地球上看月球上一个甜圈圈那幺小。发布黑洞照片项目团队成员之一、亚利桑那大学的天文物理学家Dan Marrone说,他们利用可以精确到十亿分之一秒的原子钟,让位于四个内地的八个观测台同时工作。

  精确收听特定无线电波

  Marrone向《连线?#26041;?#32461;说,原子钟还有一个作用:过滤来自太空的信号,找到来自盘旋在黑洞边上的气体发出的特定的无线电波。Marrone说,尽管这些气体发出各种颜色的光线,只有特定频率才能抵达地球。他们特别挑选了221千兆赫兹。要收听这个“频道?#20445;?#38656;要原子钟这样的精确度。原子钟此时好比一个“基准调?#20445;?#23601;像歌唱家根据钢琴上C调的哆来校准发出正确的音高。“我们需要一个极其纯净的基调与太空信号作?#21592;取!盡arrone说。

  探测引力波

  Ye和同事撰写的一个计划用一个缩小版的锶原子钟用于探测太空引力波。该计划称,在两个卫星上各放一个原子钟,中间发射一道激光。引力波经过的时候会压缩卫星之间的距离,会改变两个卫星间激光的频率、颜色。把激光和原子钟纯净的基准频?#35782;?#27604;,就知道是否有引力波经过。

  能发现不到一厘米的海拔差

  原子钟在地球上也有用途。按照爱因斯坦相?#26376;郟?#24341;力强的地方钟走得慢。由于海平面比喜马拉雅山更靠近地心,受到的引力稍微大一些,因此海平面的钟走得慢一些。从理论上,Ye团队的原子钟足够精确可感知不到一厘米的海拔差。

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