4200万年误差仅1秒!一起来见识一下世界上最“高冷”的钟。首先我问大家一个问题,什么是时间?这个问题听起来好像很熟悉,我们每个人每天都不停地在看时间,但是当有人问你“时间是什么”的时候,可能就不是那么好回答了。
时钟:时间的记录者。时间我说不上来,但是用来测量时间的是时钟。用一句最简单的话来解释时钟,它就是周期运动加一个计数器。古时候我们分辨时间,就是看太阳、看月亮、看星星的周期运动。通过它们的位置,我们能够简单地判断时间。我们称这类钟为自然钟。自然钟没有什么精确度可言,大概就是能知道现在是上午、下午还是傍晚。
原子钟的诞生。是不是有这样的表就够了呢?我们还需要更精确的时钟吗?我给大家两个数字:如果一天的计时误差超过千分之一秒,那么通信网络、交通、金融系统、安全、电网发电等,就会陷入混乱;如果一天的计时误差超过十亿分之一秒,那么咱们的导航定位系统就不能像现在有这么高的精度了。
冷原子钟上天难。用冷原子可以大幅度提高原子钟的精度。但怎么样用这个原子钟呢?大家看这张图,这是星间链路图。从图中我们可以看到北斗的星载原子钟和其他导航系统的星载原子钟,如果在这个星间链路里有一个空间冷原子钟,那就不得了了。
冷原子钟研发难。从1997年开始,欧洲航天局(ESA)就开始了他们的空间冷原子钟计划,他们管这台钟叫法老钟,这台钟已经研制20多年了,还没有被发射成功。1999年美国国家航空航天局(NASA)也启动了类似项目。中国当然不会落后,因为我们的科学家意识到,在这个领域我们绝对不能落后。
空间冷原子钟发射成功。2016年的6月,我在酒泉发射中心亲手把我们做的这台钟送上了“天宫二号”。当时的那个心情,无法形容。大家可以想象一下,整个团队10年的心血就在这台钟上,而它以后是再也不会回来的。
这台钟在天上一共经历了34个月,它的预定目标是实现3000万年误差1秒,最终它做到了4200万年误差1秒。它的部分在轨实验成果发表在了《自然—通讯》杂志上。成果发表后,我们收到了国际上很多专家的高度评价。2017年我去法国参加时频大会的时候,我们项目组是当天第一个做报告的。第二个做报告的就是刚才提到的法国法老钟项目组。
下一代的空间冷原子钟目前正在紧张地研发之中。以此为基础,我们还建立了很多可搬运的地面冷原子钟,这些也已研究成功。可以想象,一个全新的冷原子钟的时代即将到来。它将会摆脱实验室的束缚,应用到各种更加复杂、更加需要的环境中去,为大家服务。