|
Новая технология для отслеживания космического времени
|
|
|
|
Здесь, на Земле, может быть, не имеет значения, отстают ли ваши наручные часы на несколько секунд. Но для важных функций космического аппарата требуется точность до одной миллиардной доли секунды или меньше. Например, навигация с помощью GPS основана на точных сигналах времени, поступающих со спутников, для точного определения местоположения. Три команды в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, работают над тем, чтобы вывести хронометраж космических исследований на новый уровень точности.
|
|
|
|
- Одна команда разрабатывает высокоточные методы квантовой синхронизации часов для обеспечения необходимой связи и навигации космических аппаратов.
|
|
- Другая команда Годдарда работает над использованием технологии синхронизации часов на космических платформах, чтобы телескопы могли функционировать как одна огромная обсерватория.
|
|
- Третья команда разрабатывает атомные часы для космических аппаратов на основе стронция, металлического химического элемента, который позволит проводить научные наблюдения, невозможные при современных технологиях.
|
|
|
Потребность в более точном хронометражировании является причиной того, что команды NASA Goddard при поддержке внутренней программы исследований и разработок центра оттачивают точность и синхронизацию часов с помощью инновационных технологий, таких как квантовая и оптическая связь.
|
|
Синхронизация по всей Солнечной системе
|
|
|
|
"Обществу требуется синхронизация часов для многих важных функций, таких как управление энергосистемой, открытие фондового рынка, финансовые транзакции и многое другое", - сказал Алехандро Родригес Перес, исследователь НАСА имени Годдарда. "НАСА использует синхронизацию часов для определения местоположения космических аппаратов и настройки параметров навигации".
|
|
|
|
Если соединить два прибора и синхронизировать их, можно ожидать, что они будут всегда идти с одинаковой скоростью. На самом деле, чем больше проходит времени, тем сильнее нарушается синхронизация, особенно если эти часы находятся на космическом корабле, движущемся со скоростью десятки тысяч миль в час. Родригес Перес стремится разработать новый способ точной синхронизации таких часов с помощью квантовой технологии.
|
|
|
|
В квантовой физике две частицы запутываются, когда они ведут себя как единый объект и одновременно находятся в двух состояниях. Что касается часов, применение квантовых протоколов к запутанным фотонам может обеспечить точный и безопасный способ синхронизации часов на больших расстояниях.
|
|
|
|
Суть протокола синхронизации заключается в так называемом спонтанном параметрическом понижающем преобразовании, которое происходит, когда один фотон распадается на части и образуются два новых фотона. Каждый из двух детекторов будет анализировать появление новых фотонов, и устройства будут применять математические функции для определения смещения во времени между двумя фотонами, таким образом синхронизируя часы.
|
|
|
|
Хотя синхронизация часов в настоящее время осуществляется с помощью GPS, этот протокол может позволить точно синхронизировать часы в местах, где доступ к GPS ограничен, например, на Луне или в глубоком космосе.
|
|
Синхронизация часов, подключение телескопов позволяет увидеть больше, чем когда-либо прежде
|
|
|
|
Когда речь заходит об астрономии, обычно используется эмпирическое правило: чем больше телескоп, тем лучше его изображение.
|
|
|
|
"Если бы у нас гипотетически был телескоп размером с Землю, мы бы получили изображения космоса с невероятно высоким разрешением, но это, очевидно, непрактично", - сказал Гуань Ян, физик-оптик из NASA Goddard.
|
|
|
|
"Однако, что мы можем сделать, так это разместить несколько телескопов в разных местах и заставить каждый телескоп регистрировать сигнал с высокой временной точностью. Тогда мы сможем объединить их наблюдения и получить изображение сверхвысокого разрешения".
|
|
|
|
Идея связать воедино наблюдения сети небольших телескопов, чтобы повлиять на мощность более крупного, называется интерферометрией с очень длинной базовой линией, или РСДБ.
|
|
|
|
Для получения цельного изображения, отличного от суммы его частей, телескопам необходимы высокоточные часы. Телескопы записывают данные вместе с отметками времени, когда они были записаны. Мощные компьютеры объединяют все данные в одно полное наблюдение с большей детализацией, которой не смог бы добиться ни один из телескопов в одиночку. Именно этот метод позволил сети обсерваторий Event Horizon Telescope получить первое изображение черной дыры в центре нашей галактики.
|
|
|
|
Команда Янга разрабатывает технологию часов, которая может быть полезна для миссий, стремящихся перенести технику с Земли в космос, что может привести к еще многим открытиям.
|
|
Оптические атомные часы, созданные для космических путешествий
|
|
|
|
Навигационные системы космических аппаратов в настоящее время используют бортовые атомные часы для получения максимально точного времени. Холли Леопарди, физик из NASA Goddard, занимается исследованием оптических атомных часов, более точного типа атомных часов.
|
|
|
|
Хотя оптические атомные часы существуют в лабораторных условиях, Леопарди и ее команда стремятся разработать версию для космических аппаратов, которая обеспечит большую точность.
|
|
|
|
Команда работает над OASIC, что расшифровывается как Оптические атомные часы с ионами стронция. В то время как современные космические аппараты используют микроволновые частоты, OASIC использует оптические частоты.
|
|
|
|
"Оптические частоты колеблются намного быстрее, чем микроволновые частоты, поэтому мы можем получить гораздо более точное разрешение при подсчете и более точный хронометраж", - сказал Леопарди.
|
|
|
|
Технология OASIC примерно в 100 раз точнее, чем предыдущие современные атомные часы на космических аппаратах. Повышенная точность может позволить использовать новые виды научных исследований, которые ранее были невозможны.
|
|
|
|
"Когда вы используете эти часы сверхвысокой точности, вы можете начать изучать фундаментальные физические изменения, происходящие в космосе, - сказал Леопарди, - и это может помочь нам лучше понять механизмы нашей Вселенной".
|
|
|
|
Технологии хронометража, разработанные этими командами, могут привести к новым открытиям в нашей солнечной системе и за ее пределами.
|
|
|
|
Источник
|
