1、茫茫大海需要原子鐘作為向?qū)?/strong>
時(shí)間的計(jì)量對(duì)于人類來說實(shí)在太重要了。20世紀(jì)初，早期的航海家們都是依靠星空?qǐng)D來駕馭自己的航線，他們需要知道準(zhǔn)確的時(shí)間來仰望天空，確定船只不會(huì)偏離航線，所以需要在船上安裝精確的時(shí)鐘。當(dāng)時(shí)普遍使用的海事計(jì)時(shí)表，是依靠彈簧驅(qū)動(dòng)的機(jī)械表，每天會(huì)有零點(diǎn)幾秒的誤差。
到了21世紀(jì)，隨著海上行程越來越長(zhǎng)，對(duì)時(shí)間精確性要求越來越高，原子鐘隨即應(yīng)運(yùn)而生，這種走時(shí)精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)工具取代了舊式的彈簧鐘和搖擺式時(shí)鐘?！?/span>
原子鐘通常使用銫原子或銣原子的自然震動(dòng)，可以提供穩(wěn)定的滴答聲，目前最好的原子鐘，在幾百萬年的時(shí)間里誤差也不會(huì)超過1秒，非常精確?！?/span>
最近，美國(guó)航天局基礎(chǔ)物理項(xiàng)目組的科學(xué)家們表示，他們已經(jīng)將原子鐘的誤差進(jìn)一步縮小。許多人認(rèn)為，這樣精確的原子鐘似乎與普通百姓關(guān)系不大，只屬于高端科技。事實(shí)上，原子鐘的用途很多，除了驗(yàn)證地心引力理論、指導(dǎo)太空飛船外，還能解決許多現(xiàn)實(shí)問題。
2、原子鐘與全球定位系統(tǒng)
目前的全球定位系統(tǒng)分為：美國(guó)GPS衛(wèi)星系統(tǒng)、中國(guó)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)、歐洲伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)等三個(gè)全球衛(wèi)星定位、導(dǎo)航系統(tǒng)，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24個(gè)高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成，每一個(gè)衛(wèi)星裝載有4個(gè)原子鐘，通過從三個(gè)不同角度測(cè)量軌道傳來的時(shí)間信號(hào)，使地面上的全球定位系統(tǒng)接收器能夠精確判斷自己所在的位置。在軌道中運(yùn)行的這些原子鐘，只要出現(xiàn)微小的不穩(wěn)定性，就會(huì)造成地上接收器測(cè)量結(jié)果發(fā)生幾米的誤差，為了減少這種誤差，必須縮小原子鐘的體積和增加原子鐘的穩(wěn)定性?！?/span>
全球定位系統(tǒng)人造衛(wèi)星上的原子鐘已經(jīng)非常穩(wěn)定，誤差只有1/1012秒，也就是說，每過32000年，原子鐘誤差才會(huì)達(dá)到1秒鐘。而在不同行星之間飛行的太空飛船上的原子鐘，其精確度更高，已經(jīng)達(dá)到了1/1014秒。最近，美國(guó)科學(xué)家們宣布，他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出穩(wěn)定度為1/1015秒更精確的原子鐘?！?/span>
原子鐘“登”上國(guó)際空間站
在穩(wěn)定度為1/1015秒的原子鐘設(shè)計(jì)過程中，一種叫做“激光制冷”的新技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。上個(gè)世紀(jì)90年代，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，向原子發(fā)射激光束可以冷卻原子，將原子的溫度降到絕對(duì)零度即零下273.15攝氏度，由于低溫使得原子的自然震動(dòng)頻率能更精確地測(cè)量，這樣冷的原子成為原子鐘最好的“鐘擺”。
如果冷原子適合做“鐘擺”，那么移動(dòng)的冷原子更加合適。由于國(guó)際空間站處于失重狀態(tài)，可以為原子鐘提供這樣的條件，在冷卻過的失重的原子鐘內(nèi)，緩慢移動(dòng)的原子能夠維持更長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，而且在震動(dòng)中撞擊容器壁的可能性更小。
科學(xué)家們表示，一種名叫PARCS的激光制冷原子鐘有望于今年末或明年安裝到國(guó)際空間站中，這一原子鐘將成為有史以來最穩(wěn)定的鐘表，誤差為1/1016秒，即每3億年只有1秒鐘的誤差。而且，PARCS也會(huì)為安裝在2006年的國(guó)際空間站上的新一代原子鐘進(jìn)行技術(shù)上的準(zhǔn)備，掃清各種技術(shù)上的障礙?？茖W(xué)家們?cè)趪?guó)際空間站上安裝穩(wěn)定性為1/1017秒的原子鐘，命名為RACE，每運(yùn)行30億年，才會(huì)產(chǎn)生1秒鐘的誤差。
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