下一代原子鐘有望爲深空探測實時導航

據英國《自然》雜誌近日消息，第一個在宇宙中運行的離子阱原子鐘，第一年數據顯示其性能表現優異，鑑於此，美國國家航空航天局（NASA）科學家認爲，原子鐘性能水平表明這一技術將可用於下一代原子鐘，實現深空探測器近乎實時的導航。

現在在宇宙中使用的原子鐘，依靠密閉在一個盒子裡的原子來計量時間。原子與盒壁的碰撞，阻礙了這種鐘的長期穩定性。而離子阱原子鐘可以克服這種碰撞效應，因爲帶電荷原子是通過電磁囚禁的，從而消除了碰撞。

2019年，NASA發射了一個名叫深空原子鐘的離子阱鍾到近地軌道。這一深空原子鐘由NASA噴氣推進實驗室開發，是對人們在地球上使用的原子鐘以及已經在GPS衛星上使用的原子鐘的“太空升級版”。NASA表示，在理想情況下，新型原子鐘將使宇宙飛船能夠更自主地導航到深空中的遙遠天體，比如火星，而科學家們希望能夠利用深空原子鐘來精確測量宇宙飛船的位置。這樣，在深空中執行任務的飛船就能夠在不與地球進行太多通信的情況下自主行動，從而極大改善目前航天器的導航方式。

此次，美國加州理工學院科學家艾瑞克・波爾特及其同事展示了這個鍾運行第一年的數據。儘管在測試開始沒多久的時候出現了一個錯誤，其短期和長期穩定性仍然卓越。輻射、溫度和磁場似乎並未對其效能造成限制，使其適於在宇宙極端環境下運行。

深空原子鐘現在預期可使用3年到5年，不過本研究團隊成員指出，科學家們已經完成了改進工作，可將使用年限拓展到10年以上。對這項技術的後續試驗和開發，有望用於深空探測中的單向導航領域。