比起定义“秒”这个时间单位的原子钟,最先进的光学时钟可使时间更加精准,在数百亿年内只有不到1秒的误差。然而,其运行机制并不实用,在太空中容易受损。近期试验测试了光学时钟的硬件能否在发射过程和太空环境中保存。
这次具有历史意义的飞行试验在2015年4月执行,作为TEXUS项目的一部分,整个系统在瑞典雅斯兰吉航天中心由探空火箭发射,经过6分钟飞行后进入太空。一旦处于微重力环境,该系统开始自动测量,从地面站通过低带宽射频链路对其进行控制。试验中,光学时钟的精细频率梳由德国航天局的微重力研究平台搭载,经受了严酷的探空火箭发射条件,在太空停留6分钟,随后坠落地球。
2016年11月17日,研究人员已在光学学会主办的《光学》(Optica)杂志上发表了关于新型自动化紧凑频率梳激光系统的论文,该技术是天基光学时钟的关键,频率梳是使时钟以光学频率运行的必要装置。该论文详细阐述了试验结果。论文第一作者、门罗系统公司Matthias Lezius表示,光学时钟在太空中与在地面上一样良好运行。
光学时钟技术
频率梳是光学时钟的重要组件,能准确测量光频振荡并用于报时。过去,频率梳一直是尺寸很大、非常复杂的装置,只存在于实验室。门罗系统公司的Lezius及其团队研发了全自动化光学频率梳,尺寸只有22×14.2厘米,重22千克。新型频率梳基于光纤制成,足够坚固,能承受发射过程中的极端加速力和温度变化,其功耗低于70瓦,在星载设备的要求范围之内。Lezius团队缩小了频率梳尺寸,并使用防护性硅橡胶对其进行保护。除了验证在太空使用频率梳的可行性,该试验的目标还包括探讨广义相对论的限制。