Tidlig i går formiddag lanserte NASA en SpaceX Falcon Heavy rakett inn i bane med et stort forskningsoppdrag ombord. En av de mest spennende nyttelastene var en klokke, som vil krysse av i omtrent ett år når den sirkler rundt planeten. Men dette er ingen vanlig klokke: Deep Space Atomic Clock er en teknologi som kan gjøre navigering i Deep Space mye enklere i fremtiden.
Kasandra Brabaw på Space.com rapporterer at de fleste sonder som sendes inn i kosmos spores fra Jorden via radiobølger, som kjører i lyshastighet. Et signal sendes fra jorden og sprettes øyeblikkelig tilbake til oppdragskontroll, slik at sondens håndterere kan beregne sin nøyaktige plassering basert på hvor lang tid det tok signalet å nå dem. Denne prosessen er avhengig av NASAs Deep Space Network, en rekke radioantenner som bare kan håndtere så mye romtrafikk på et gitt tidspunkt.
Hvis sonderne hadde klokker stabile og presise nok til at de kunne kartlegge sin egen kurs, kunne de imidlertid gjøre noe av den navigasjonen autonomt, melder Jonathan Amos ved BBC.
"Autonom navigasjon ombord innebærer at et romfartøy kan utføre sin egen navigering i sanntid uten å vente på at instruksjoner skal sendes fra navigatører her på jorden, " sa visepolitisk etterforsker Jill Seubert nylig til journalister på en pressekonferanse. "Selvkjørende" romskip er også en viktig del av å sette mennesker på Mars. "Og med denne muligheten, kan et menneskeskapt romfartøy leveres trygt til et landingssted med mindre usikkerhet i veien."
Men selv den hyggeligste Rolex vil ikke kutte den i verdensrommet. Kvartskrystaller svinger med en jevn frekvens når elektrisk strøm går gjennom dem, og det er derfor de er vant til i klokker for å holde oversikt over tiden. De er presise nok når det kommer til å komme seg på jobb eller ta et tog, men de er ikke på langt nær nøyaktige nok til å navigere i et dypt rom. De kan miste et helt millisekund i løpet av seks uker, noe som vil være katastrofalt for en romsonde.
For å få en nøyaktighet på milliard sekundet som trengs for å fly gjennom kosmos krever en atomur, en gadget som trener kvartskrystallen til svingningene i visse atomer. Elektronene rundt disse atomene opptar distinkte energinivåer, eller baner, og det krever en presis støt av strøm for å få dem til å hoppe til neste energinivå. "Det faktum at energiforskjellen mellom disse banene er en så presis og stabil verdi er virkelig nøkkelingrediensen for atomur, " sier Eric Burt, en atomurfysiker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, i en pressemelding. "Det er grunnen til at atomklokker kan nå et ytelsesnivå utover mekaniske klokker."
I en atomur er frekvensen til kvartsoscillatoren finjustert for å matche energien som trengs for å skaffe elektroner til et nytt energinivå. Når kvartset vibrerer med riktig frekvens, vil elektronene hoppe til neste energinivå. Hvis de ikke gjør det, vet klokken at frekvensen er av og kan korrigere seg selv, en prosess som skjer hvert par sekunder.
For øyeblikket er de fleste jordbaserte atomklokker på størrelse med et kjøleskap. Gå inn i Deep Space Atomic Clock, som NASA-ingeniører har tullet med i nesten 20 år. Gadgeten, omtrent på størrelse med en brødrister, bruker ladede kvikksølvioner for å holde kvartsoscillatoren sann, og mister bare omtrent ett nanosekund over fire dager. Det vil ta omtrent 10 millioner år før klokken var av med ett sekund, noe som gjør den omtrent 50 ganger mer stabil enn de nøyaktige klokkene som brukes i GPS-satellittnavigasjon.
Klokken er for tiden i lav jordbane og vil slå på om fire til syv uker. Etter tre til fire ukers drift vil forskere analysere den foreløpige ytelsen og vil gi en endelig dom om hvor bra den fungerer i verdensrommet etter at den zoomer rundt planeten i omtrent et år.
Hvis klokken er stabil nok, ifølge en NASA-uttalelse, kan den begynne å vises i romfartøyer innen 2030-årene. Enten denne versjonen overlever eller ikke, atomklokker eller en lignende teknologi vil være kritisk i fremtidige romoppdrag til andre verdener.
"The Deep Space Atomic Clock vil ha muligheten til å hjelpe til med navigering, ikke bare lokalt, men også i andre planeter, " sier Burt. "En måte å tenke på det er som om vi hadde GPS på andre planeter."
Andre eksperimenter som gikk i bane med klokken inkluderer Green Propellant Infusion Mission, som tester et system som bruker høyytelsesfri, giftfri romdrivstoff, og Enhanced Tandem Beacon Experiment, som vil utforske bobler i de elektrisk ladede lagene av jordas atmosfære som noen ganger kan forstyrre GPS-signaler.
