美国宇航局的深空原子钟，如图所示，将测试深空导航的新技术。

 

美国宇航局今天(6月24日)将在猎鹰重型火箭上发射一个令人难以置信的新型原子钟，这是一项技术演示任务，可能会改变人类探索太空的方式。

 

由美国国家航空航天局喷气推进实验室开发的深空原子钟，是我们在地球上使用的原子钟和已经在提供GPS的卫星上运行的原子钟的太空版升级版。

 

美国国家航空航天局在一份声明中说，理想情况下，杏耀客户端这种新型原子钟将使航天器在飞往火星等遥远太空物体时的导航更加自主。科学家们希望利用深空原子钟来精确测量宇宙飞船的位置，这将使在深空飞行的宇宙飞船能够自行行动，而无需与地球进行太多的通信。NASA表示，这将是目前航天器导航方式的巨大改进。

 

天文学家已经使用时钟在太空中导航。他们向宇宙飞船发送信号，宇宙飞船再将信号送回地球。往返时间告诉科学家宇宙飞船到地球的距离。这是因为信号是以光速传播的，所以考虑到到达飞船和返回飞船所花费的时间，找到距离只是一个简单的计算。通过在一段时间内发送多个信号，科学家可以计算出宇宙飞船的轨迹——包括它在哪里和它要去哪里。

 

但据美国国家航空航天局称，为了在一个小的误差范围内知道航天器的位置，天文学家需要非常精确的时钟，可以测量十亿分之一秒。他们还需要非常稳定的时钟。这里的“稳定性”指的是时钟测量时间单位的一致性。虽然你会认为时钟和“秒”的时间长度是一样的，但时钟有漂移的趋势，会慢慢地把越来越长的时间标记为“秒”。为了测量宇宙飞船在遥远空间的位置，天文学家需要他们的原子钟在几天或几周内保持一致，以超过十亿分之一秒。

 

从我们手腕上佩戴的时钟到卫星上使用的时钟，现代时钟大多使用石英晶体振荡器来计时。美国宇航局在声明中说，这一装置利用了石英晶体在施加电压时以精确频率振动的特点。这种振动就像落地钟上的钟摆。

 

但是，根据太空导航的标准，石英晶体时钟根本就不是很稳定。六周后，它们的误差可能达到整整一毫秒，换算成光速就是185英里(300公里)。NASA表示，这么大的误差将对测量快速移动的航天器的位置产生巨大影响。

 

原子钟将石英晶体振荡器与特定类型的原子结合在一起，以创造更好的稳定性。美国宇航局的深空原子钟将使用汞原子，4天后误差小于1纳秒，10年后误差小于1微秒。根据美国国家航空航天局的说法，这只钟走错一秒钟需要1000万年。

 

原子钟利用了原子的结构，这并不奇怪，原子是由质子和中子组成的原子核被电子包围着。每一种元素的原子都有不同的结构，原子核中的质子数也不同。虽然每种原子所拥有的电子数量可能不同，但电子占据不同的能级，而恰好适量的能量震动可以使电子在原子核周围跃迁到更高的能级。