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光学时钟进入太空 可将GPS精确到厘米级

2020/2/13 8:02:25
  

光学时钟进入太空可将 GPS 精确到厘米级

随着技术的进步,时间长度的测量也变得越来越精准。

  据英国《独立报》报道,当一座光学时钟被首次送入太空之后,目前定义的一秒长度就已经发生了改变。光学时钟比目前的国际标准还要精准千倍,它可追溯到 1967 年而且是建立在铯原子固有频率的基础上,而非传统钟摆的摆动。

  虽然没有人留意到日常生活中的差异,但是光学时钟在许多方面都极其有用。比如说,它能够让 GPS 导航精确到几厘米以内,而不是传统的几米范围。它也能帮助管理电网和计算机金融网络。

  但是将一秒的定义从目前铯原子的9,192,631,770 个微波信号周期改变为一些光学时钟中锶原子的 42.9 万亿个微波信号周期,即使一秒长度只是发生了轻微的改变,难免也会引发一些微小的错误。

  研究人员在《光学》杂志的报告中描述了他们如何成功将一座光学时钟送入太空。而且光学时钟如果想要应用于卫星的 GPS 信号定位,那么它们就需要在前往太空的旅程中得以保存。

  德国 Menlo Systems 公司的研究人员 Matthias Lezius 博士称:“我们的这种装置代表了太空精准时钟和计量学的未来发展基础。光学时钟在太空中的工作表现与在地面上完全一样,这表明我们的系统工程非常不错。”

  GPS 定位需要连接至少四颗卫星,每一颗卫星都会提供一个时间标识,随后这些数据被用于推断装置的位置,比如说智能手机的定位。目前来说光学时钟都是大型的复杂装置,但是 Menlo 公司的研究人员研发了一个重量仅 22 公斤、宽 22 厘米的光学时钟。它也非常牢固,足以承受火箭发射时所带来的超快加速。

  被送入太空的这座光学时钟只有目前 GPS 所使用原子时钟精准度的十分之一,但是它只是为了测试光学时钟在微重力太空环境下的能力。研究人员现在正计划设计一种升级版本,而且预计将在明年年底送入轨道。届时它将更加强壮,这样它就能够承受太空中的极端宇宙辐射,并连续工作数年时间。


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