Đồng hồ nguyên tử là một trong những thành tựu công nghệ nổi bật. Loại đồng này giúp đo thời gian chính xác trong vũ trụ. Độ lệch giờ của đồng hồ nguyên tử sau 16 triệu năm chỉ là một giây. Đây là con số khá ấn tượng và được đánh giá tốt gấp nhiều lần so với đồng hồ không gian.
Đồng hồ nguyên tử có tên gọi tắt là DSAC. Trong tương lai không xa, chiếc đồng hồ này hứa hẹn sẽ giúp các phi hành gia, nhà nghiên cứu khám phá mặt trời. Đồng thời kích thước của chiếc đồng hồ này không quá cồng kềnh và tiện gọn khi phóng vào vũ trụ.
Table of Contents
Đồng hồ nguyên tử là thành tựu mới trong vũ trụ
Đồng hồ nguyên tử (DSAC) được đánh giá như một thành tựu công nghệ quan trọng. Để tính giờ cực kỳ chính xác trong vũ trụ. DSAC hoạt động tốt gấp 10 lần những đồng hồ không gian hiện nay. Có độ lệch không quá 4 nano giây sau 23 ngày. Điều đó có nghĩa chiếc đồng hồ chỉ lệch một giây sau 15,74 triệu năm.
Trong tương lai gần, thành tựu công nghệ trên có thể là nền tảng để tàu vũ trụ khám phá Hệ Mặt trời. Lỗi nhầm chỉ một phần giây cũng có thể tạo nên khác biệt. Giữa việc tiến vào quỹ đạo của thiên thể hoặc bay lạc trong không gian sâu của vũ trụ. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature hôm 30/6.
Đồng hồ nguyên tử sử dụng trên mặt đất thường quá lớn và cồng kềnh để phóng vào vũ trụ. Các phép đo chính xác được tiến hành trên Trái đất. Tàu vũ trụ và vệ tinh liên quan phải kết nối hai chiều với trung tâm điều khiển trên mặt đất để tính toán thời gian. Nhiệm vụ có khoảng cách càng xa. Kết nối càng trở nên phức tạp hơn.
Đồng hồ nguyên tử cung cấp vị trí chính xác
Một ngoại lệ đáng chú ý là vệ tinh GPS cần trang bị nhiều đồng hồ nguyên tử. Để đảm bảo cung cấp thông tin đúng về vị trí của một người hoặc vật trên bề mặt Trái đất. Tương tự, DSAC có thể cung cấp vị trí chính xác của tàu vũ trụ trong Hệ Mặt trời. Nhưng trung tâm kiểm soát nhiệm vụ cần chờ tín hiệu truyền từ đó tới Trái đất. Sau đó truyền ngược trở lại để điều chỉnh tự động.
DSAC sẽ khắc phục vấn đề đó bởi đây là mẫu đồng hồ nguyên tử cỡ nhỏ và ổn định. Có thể tích hợp dễ dàng trên tàu vũ trụ hiện nay. Thiết bị sử dụng ion thủy ngân, nó đo thời gian bằng cách sử dụng một số rung động đặc biệt của nguyên tử. Lợi thế của DSAC là nó hoạt động tốt và hiệu quả hơn trong không gian nhỏ gọn hơn.
Mời bạn xem thêm các thông tin thú vị và bổ ích khác tại đây.
DSAC hoạt động phụ thuộc vào liên lạc của mặt đất
“Một số đồng hồ GPS phải cập nhật vài lần mỗi ngày để duy trì độ ổn định. Điều đó có nghĩa GPS phụ thuộc nhiều vào liên lạc với mặt đất. Đồng hồ Nguyên tử Không gian sâu có tần suất điều chỉnh là trên một tuần. Cung cấp ứng dụng độc lập hơn”, Eric Burt, nhà vật lý về đồng hồ nguyên tử ở Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực (JPL) của NASA, cho biết.
Nhóm nghiên cứu cũng báo cáo DSAC không cần lớp chắn bảo vệ. Trước nhiệt độ biến động và bức xạ nhưng vẫn hoạt động cực kỳ tốt. Công nghệ này có thể dẫn tới định vị tự động trên tàu vũ trụ bay vào không gian sâu. Đồng thời có vai trò thiết yếu với những nhiệm vụ có người lái xa hơn Mặt Trăng. Giới hạn hiện nay là tuổi thọ của thiết bị.
Theo dự kiến, DSAC sẽ hoạt động trơn tru trong 3 – 5 năm. Nhóm nghiên cứu hy vọng thiết bị có thể vận hành 10 năm hoặc lâu hơn. DSAC đang nằm trên vệ tinh Orbital Test Bed kích hoạt vào ngày 23/8/2019. NASA thông báo nhiệm vụ DSAC sẽ kéo dài tới tháng 8/2021.
Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ nguyên tử
Đồng hồ nguyên tử điều chỉnh thời gian theo trạng thái hoạt động của nguyên tử. Loại nguyên tử được sử dụng trong DSAC đã thay đổi liên tục. Theo thời gian kể từ khi loại đồng hồ này ra đời. Lần lượt theo thời gian là phân tử Amoniac, hiện tại là Cesium, Rubidium, Hydro, Strontium,.. trong tương lai có thể là ánh sáng.
Hiện nay, “đồng hồ nguyên tử Cesium-133” trở thành tiêu chuẩn để xác định một giây trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế. Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân nguyên tử và các electron tuần hoàn xung quanh nó. Các loại nguyên tử khác nhau tạo nên môi trường vật lý của chúng ta. Mỗi loại có năng lượng riêng được quyết định bởi số electron quay quanh và lực hút điện từ.
Nguyên tử hấp thụ rồi phát ra ánh sáng và sóng điện ở một tần số cụ thể. Khi nó thay đổi thành trạng thái năng lượng khác. Dựa vào yếu tố này, DSAC sử dụng các sóng điện từ, tần số ánh sáng của các loại nguyên tử. Để làm tiêu chuẩn đo lường thời gian chính xác cao của các loại nguyên tử như hydro; cesium, rubidium có tần số giao động ít chênh lệch nhất.