Сколько времени в космосе: НАСА разрабатывает космические часы
Если наручные часы отстают на несколько секунд, это не имеет особого значения — по крайней мере, на Земле. Когда же речь заходит о космосе, то «пунктуальность» выходит на первый план: космические аппараты требуют навигации с точностью до одной миллиардной доли секунды, чтобы можно было четко определить их местоположение. Поэтому специалисты различных космических агентств уделяют этому вопросу особое внимание. Так, например, в NASA над этим трудятся сразу три команды из Центра космических полетов Годдарда.
Как обратил внимание сотрудник Центра Годдарда Алехандро Родригес Перес, если поставить рядом два циферблата, синхронизировав их между собой, предполагается, что они всегда будут идти с одинаковой частотой. Но в действительности все иначе: чем больше проходит времени, тем сильнее рассинхронизируются часы, особенно если они установлены на борту космических аппаратов, движущихся с большой скоростью. Поэтому команда во главе с Пересом работает над высокоточными методами синхронизации часов с использованием квантовой технологии.
В квантовой физике есть такое явление, как квантовая запутанность. При ней две элементарные частицы, имеющие одно происхождение, «запутываются», иными словами, начинают вести себя как единый объект. По мнению ученых, применив квантовые протоколы к запутанным фотонам, можно обеспечить точный и безопасный способ синхронизации часов на больших расстояниях, что облегчит связь и навигацию космических аппаратов.
Метод основан на процессе спонтанного параметрического понижающего преобразования, который преобразует один фотон более высокой энергии в пару фотонов более низкой энергии. По задумке ученых, их появление можно анализировать при помощи двух детекторов, каждый из которых будет определять смещение во времени между двумя фотонами, 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 дальнем космосе», — говорится в сообщении NASA.
Другая команда во главе с физиком-оптиком Гуан Яном занимается технологией синхронизации времени на космических платформах нескольких телескопов, чтобы они могли действовать как единая обсерватория. Речь идет о таком методе, как радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ), которая позволяет объединять наблюдения нескольких телескопов и тем самым улучшать качество изображений.
Как это работает? Телескопы записывают данные вместе с отметками времени, когда наблюдения были сделаны. Затем мощные компьютеры объединяют эти данные в одно полное наблюдение с гораздо большей детализацией, чем любой из телескопов мог бы получить самостоятельно. На основе такого метода функционирует Телескоп горизонта событий, которому удалось получить первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.
«Мы можем разместить несколько телескопов в разных местах и заставить каждый телескоп регистрировать сигнал с высокой временной точностью. Затем мы сможем объединить их наблюдения и получить изображение со сверхвысоким разрешением», — объяснил Гуан Ян.
Наконец, третий коллектив ученых разрабатывает атомные часы на основе стронция — мягкого и пластичного металла. Разработка, получившая название Optical Atomic Strontium Ion Clock (OASIC), пока существует в лаборатории, но команда под руководством физика Холли Леопарди надеется создать версию, которую можно было бы установить на космический аппарат.
Особенность атомных часов OASIC в том, что они используют оптические, а не микроволновые частоты, как современные космические аппараты. «Оптические частоты колеблются намного быстрее микроволновых, поэтому мы можем добиться гораздо более высокого разрешения при подсчете и более точного хронометража», — подчеркнул Леопарди.
По его словам, технология OASIC примерно в 100 раз точнее, чем современные атомные часы на космических аппаратах. Это открывает возможности для новых научных исследований, которые ранее были невозможны. «Когда вы используете эти часы сверхвысокой точности, вы можете начать изучать фундаментальные физические изменения, происходящие в космосе, — и это может помочь нам лучше понять механизмы нашей Вселенной», — резюмировал Леопарди.
Ранее Белый дом поручил специалистам NASA разработать единый стандарт времени для Луны: он будет фактическим аналогом Всемирного координированного времени (UTC), но его адаптируют для операций на спутнике Земли.
