世界第一!中國物理學家研製空間冷原子鐘,連美國人都驚訝了

2021-01-08 漫聊新科技

圖為天宮二號環地繞行

生活中，我們從早上起床到航班飛行以及包括GPS系統所有的事情，都需要準確的時間，如果做到足夠好的話，甚至都可以使用它來導航外太空。世界上的每個時鐘在某種程度上是不準確的，不管您的手錶採用哪種技術，每隔一段時間，就會丟失一分一秒。由中國研究人員組成的團隊已經弄清楚了如何使用目前可用最精確的原子鐘技術在太空中發揮作用。

圖為世界最準確的時鐘

2018年7月24日，發表在《自然通訊》雜誌上的一篇論文中，來自於中國科學院上海光學精密機械研究所的一組研究人員宣布，已經將成功運行超過15個月的冷原子鐘安裝在中國空間站「天宮二號」上面，可以說我國是世界第一個將冷原子鐘使用在太空上的國家，這是空間量子傳感器領域發展的一個重要的裡程碑。

什麼是冷原子鐘？

從20世紀40年代開始，隨著原子物理學和射電微波技術迅速發展，科學家們利用原子超精細結構躍遷能級具有非常穩定的躍遷頻率這一特點，發明了比石英晶體更為精密的原子鐘。有了這個，我們計時精度每一年都會有一定質的飛躍，比如美國的GPS，將原子鐘的信號廣泛運用到人類生活各個領域。

隨後科學進一步的發展催發了雷射冷卻原子技術，利用這項技術，在原子鐘的基礎上製造了更加精密的冷原子鐘，3億年只有1秒的誤差。而2018年中國發明了世界首個空間冷原子鐘，可以滿足我們在火箭發射和空間站軌道運行的各種要求。

圖為空間原子鐘

為什麼要發展空間冷原子鐘？

空間冷原子鐘可以在太空中，對其他衛星上的星載原子鐘進行無幹擾的時間信號傳遞和校準，如果在地面上進行的話，會存在大氣和電離層飄忽不定狀態的影響，因此發展空間原子鐘會使全球衛星導航系統具有更加精確和穩定的運行能力。

此外它將會為空間高精度時頻系統、冷原子物理、幹涉儀和陀螺儀的發展提供技術支持，並且在深空探測、愛因斯坦的廣義相對論證明、引力波觀測、地球重力場測量和其他物理學常數測量等一系列科學研究發展做出重要貢獻。

縱觀世界，如今許多發達國家都在進行對空間冷原子鐘的戰略布局，比如歐洲航天局的ACES計劃，也準備在國家空間站構建一個基於冷原子銫鐘的高精度時頻系統，還有美國的超導振蕩器、空間冷原子銣鍾，所以說冷原子鐘開展空間科學研究也是目前比較熱的焦點。（清風）

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  • 雷射技術助力冷原子鐘的在軌穩定運行
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    近日，有媒體從中科院獲得消息，由我國發射的世界首臺在太空中運行的冷原子鐘已經在太空軌道運行近兩年時間。中國這臺原子鐘的精度非常高，3000萬年誤差小於1秒，是人類目前在太空運行的時間計量儀器的最高標準。美國的銫鐘精度大約為2000萬年誤差一秒，可見我國的這臺冷原子鐘精度之高。
  • 天宮二號冷原子鐘實現3000萬年誤差小於1秒
    新華社電（記者 董瑞豐 張家偉）記者25日從中國科學院獲悉，天宮二號空間實驗室搭載的世界首臺太空運行的冷原子鐘，在軌近兩年時間裡完成了全部既定測試任務，實現3000萬年誤差小於1秒的預定目標，將目前人類在太空的時間計量精度提高1至2個數量級。這一成果24日發表於英國《自然·通訊》。
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