Ученые из Шанхайского института оптики и точной механики опубликовали доклад, в котором рассказывается об успешном запуске самых точных атомных часов, разработанных на сегодняшний день.
Знать точное время – очень важно. Это помогает вам вставать вовремя по утрам и даже координирует работу систем GPS. Если все делать правильно, то его даже можно использовать для путешествий в открытом космосе.
Однако определение времени также является и серьезной технической проблемой. Каждая пара часов в мире имеет свои неточности. Со временем, даже в самых продвинутых часах теряются доли секунды. Атомные часы, измеряющие время посредством наблюдения ультраточных осцилляций отдельных атомов, тоже не идеальны, и именно поэтому ученые постоянно работают над созданием более точных приборов. Теперь же, впервые в истории, команда исследователей из Китая сумела сделать так, чтобы одна из самых точных технологий заработала в космосе.
В докладе, опубликованном 24 июля в журнале Nature Communications, команда ученых из Шанхайского института оптики и точной механики при Китайской академии наук официально объявила об успешной работе холодных атомных часов, проведших 15 месяцев на орбите, на станции «Тьянгонг-2».
Холодные атомные часы, в которых атомы охлаждаются лазером до почти абсолютного нуля перед измерением их осцилляций, могут быть еще точнее земных, так как при очень низких температурах это атомное «тиканье» более последовательно. Охладить атомы до таких температур очень сложно даже на Земле, не говоря уже об ограничениях, связанных с космическим аппаратом.
Принцип и структура космических холодных атомных часов / Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences
Холодные атомные часы измеряют вибрации атомов во время свободного падения последних, пока они ни с чем не взаимодействуют. На Земле, атомы приходится постоянно «подбрасывать», чтобы они оказались в свободном падении и попали в поле зрения датчика. Ученым удалось охладить атомы до ультранизких температур во время свободного падения. Однако им требовалось отправить эксперимент в воздух, чтобы он смог падать.
«Таким образом можно добиться условий микрогравитации, которые могут длиться от нескольких секунд (падение с башни, параболический полет) до нескольких минут (звучащая ракета)», - написано в докладе.
Исследователи пишут, что заставить такое устройство работать на орбите сложно так, как оно должно быть гораздо меньше, чем его подобия на Земле, пройти тесты безопасности для запуска космос, работать в микрогравитации и быть защищенным от космической радиации. Все это должно быть выполнено без квантовых физиков под рукой, которые могли бы внести изменения, если что-то вдруг пойдет не так.
Тем не менее, у космических холодных атомных часов есть свои преимущества, согласно исследованиям. Самое важное: они предоставляют лучшие условия для изучения атомных осцилляций. В микрогравитации атом может оставаться на одном месте намного дольше, чем в земных условиях, благодаря чему можно уделить больше времени измерениям его свойств.
Согласно статье, опубликованной в 2017 году в журнале Science, исследователи из Европейского космического агентства (ЕКА) заявили, что холодные атомные часы на «Тьянгонг-2»были не настолько точными, насколько могли бы быть. Однако, часы ЕКА – теоретически более точные – пока так и не отправились в космос из-за частых неполадок.
