NASA testuje ultrapřesné měření času
Nejpřesnější atomové hodiny NASA Deep Space, jaké kdy letěly vesmírem, budou přesměrovány na další testy k Venuši. Mohly by zlepšit navigaci kosmických lodí v celé sluneční soustavě.
Od 50. let minulého století jsou zlatým standardem pro měření času pozemní atomové hodiny. Měří velmi stabilní a přesné frekvence světla vyzařovaného konkrétními atomy a jsou používané k regulaci času udržovaného tradičnějšími mechanickými hodinami z křemenného krystalu. Výsledkem je hodinový systém, který může zůstat extrémně stabilní po desetiletí. Jsou sice fenomenálně přesné, ale jejich konstrukce je příliš objemná, energeticky náročná a citlivá na změny prostředí, než aby byla praktická pro vesmírný let.
Atomové hodiny NASA Deep Space, které byly vypuštěny k testům na satelitu v červnu 2019, úspěšně dokončily svůj první testovací běh. Představují první technologii podobnou GPS vytvořenou pro hluboký vesmír. Pod označením Deep Space Atomic Clock (DSAC) by měly změnit způsob navigace v kosmických lodích, které by se tak mohly samostatně orientovat v nekonečném vesmíru, místo aby se spoléhaly na časově náročný proces získání pokynů ze Země. 
Toto extrémně precizní časoměrné zařízení o velikosti toustovače obíhající kolem Země je 25krát přesnější než stávající vesmírné hodiny – během prvního roku na oběžné dráze překonalo všechny ostatní hodiny ve vesmíru. Bylo nejméně 10krát stabilnější než hodiny na satelitech GPS. Porovnáním DSAC s hlavními hodinami vodíkového maseru US Naval Observatory na Zemi vědci zjistili, že DSAC se odchýlily v průběhu dne asi 26 pikosekund neboli biliontin sekundy.
Atomové hodiny, které se ve vesmíru používají nyní (stejně jako ty v satelitech GPS), využívají k měření vzdálenosti mezi objekty sledování času, tj., jak dlouho trvá signálu cesta z bodu A do bodu B. Pro navigaci v Sluneční soustavě dnes sondy naslouchají signálům z pozemských antén a poté je odrážejí zpět na Zemi, kde ultrapřesné zařízení velikosti chladničky měří zpáteční čas. Ten ale může trvat i celé hodiny, aby přesně určily polohu kosmické lodi. „Fungují na základě měření záření emitovaného elektrony, jež přeskakují z nižší na vyšší oběžnou dráhu kolem atomů. Ty se ale mohou srazit se stěnami nádoby, která je obsahuje, což ovlivňuje přesnost – takové interakce způsobují, že neutrální atomy v satelitních hodinách GPS ztrácejí rytmus,“ říká Eric Burt, fyzik z Jet Propulsion Laboratory NASA v kalifornské Pasadeně.
Pro průzkum vesmíru ale musí být atomové hodiny extrémně přesné: nepřesnost pouhé jediné sekundy může znamenat rozdíl dráhy o stovky tisíc mil. Nové atomové hodiny DSAC jsou až 50krát stabilnější než atomové hodiny na satelitech GPS, pouhou sekundu ztrácí každých 10 milionů let.
Za vysokou stabilitu vděčí DSAC tomu, že místo neutrálních atomů využívají elektricky nabité atomy nebo ionty. Plnění iontů v elektrických polích brání atomům narážet do stěn kontejneru, čímž je zabráněno nepřesnostem.
Budoucí kosmická loď vybavená DSAC by tak mohla vypočítat svou vlastní polohu s výrazně vyšší přesností, a odstranění závislosti na pozemních systémech by umožnilo provozovat na jiných planetách samořídicí kosmické lodě nebo navigační systémy podobné GPS.
Josef Vališka
Foto: General Atomics Electromagnetic Systems
115
.gif)
