Avaruuden atomikello taiteilijan kuvittamana. Kuva: <span class="photographer">Nasa.</span>
Avaruuden atomikello taiteilijan kuvittamana. Kuva: Nasa.

Kello on 50 kertaa tarkempi kuin ne atomikellot, joita käytetään GPS-satelliiteissa.

Yhdysvaltain avaruushallinnon Nasan atomikello on viety Maata kiertävälle radalle. Atomikello kohosi maanantaina avaruuteen avaruusyhtiö SpaceX:n kantoraketin ruumassa.

Kellon on kehittänyt Nasan Jet Propulsion Laboratory (JPL). Sen tarkkuus on paljon suurempi kuin niiden atomikellojen, joita on jo avaruudessa esimerkiksi gps-satelliiteissa, kertoo verkkosivu Space.com.

Jos ja kun kello alkaa laskea sekunteja, se helpottaa avaruusalusten navigointia avaruudessa, esimerkiksi luotainten matkaa Marsiin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Matkasta tulee itsenäisempi, sanoo Nasa verkkosivuillaan. Syy on siinä, että avaruusalusten ei tarvitse enää matkoillaan viestiä niin paljon lennonjohdon ja maavalvonnan kanssa. Avaruusalusten navigointi nopeutuu ja tarkentuu.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Nasan mukaan uusi avaruuden atomikello on noin 50 kertaa vakaampi kuin gps-satelliiteissa käytettävät kellot.

Vielä toistaiseksi tähtitieteilijät lähettävät Maasta kellon signaalin avaruusalukselle, joka lähettää sen takaisin Maahan. Tähän kuluva aika kertoo tutkijoille, miten kaukana avaruusalus on Maasta.

Signaali kulkee valon nopeudella. Sen nopeus tiedetään hyvin tarkasti, joten etäisyyden voi sen avulla laskea helposti. Jos alukseen lähettää useita signaaleja, voi niiden avulla laskea aluksen liikeradan ja senkin, mihin suuntaan avaruusalus kiitää.

Jos haluaa kuitenkin tietää avaruusaluksen sijainnin hyvin tarkasti, tähtitieteilijät tarvitsevat hyvin tarkkoja kelloja. Ne mittaavat silloin sekunnin miljardisosia.

Tällaisten kellojen pitää myös olla erittäin vakaita. Se tarkoittaa, kuinka johdonmukaisesti kello mittaa aikayksiköitä. Atomikelloillakin on taipumus venyttää tai lyhentää sekuntia.

Jos alus lentää kaukana avaruudessa, tarvitaan mittaukseen yhä tarkempia kelloja. Kello ei saisi heittää kuin sekunnin miljardisosia päivien ja viikkojen aikana.

Rannekello ja satelliittien kello pysyvät ajassa kvartsikiteen taajuuden avulla. Kvartsikide värähtelee tarkassa taajuudessa, kun niihin kohdistaa jännitteen. Kvartsin värähtely on kuin heiluri perinteisessä kaappikellossa.

Avaruudessa kvartsikide ei ole kuitenkaan kovin vakaa. Jo kuuden viikon kuluttua ne saattavat jätättää millisekunnin. Valon nopeudella laskettuna se tarkoittaa 300 kilometrin matkaa. Näin isolla virheellä ei voida mitata nopeasti liikkuvan avaruusaluksen paikkaa, kertoo Nasa.

Avaruuden atomikellossa yhdistetään kvartsia ja kiteitä tietynlaisiin atomeihin. Näin vakaus paranee.

Nasan Deep Space Atomic Clock käyttää elohopean atomia. Kello jätättää sen avulla yhden sekunnin miljardisosan neljässä päivässä.

Siitä tulee sekunnin tuhannesosa kymmenessä vuodessa. Nasan mukaan kestää kymmenen miljoonaa vuotta ennen kuin kello jätättää tai edistää sekunnin.

Atomikellot hyödyntävät atomien rakennetta. Atomi koostuu elektroneista, jotka ympäröivät protonien ja neutronien ydintä. Kunkin alkuaineen atomeilla on eri määrä protoneja ytimessä.

Elektroni voi siirtyä ylemmän energian tasolle ytimen ympärillä. Tämä hyppy on erilainen jokaisella alkuaineella.

”Siirtymiseen tarvittavan energian ero on niin tarkka ja vakaa, että se auttaa tarkentamaan atomikelloa”, sanoo Eric Burt. Hän on JPL:n atomikelloja tutkiva fyysikko.

Tällainen atomikello voi lisäksi korjata taajuuttaan. Deep Space Atomic Clockissa tämä korjaus lasketaan ja kohdistetaan värähtelevään kvartsikiteeseen muutaman sekunnin välein.

On vielä jotain, mikä tekee avaruuden Deep Space Atomic Clockista erityisen. Tämä kello ei käytä vain elohopean atomia, se käyttää myös elohopean ioneja.

Koska ionit ovat atomeja, joilla on sähkövaraus, ne voidaan pitää sähkömagneettisessa tyhjiössä ”ansassa”. Se estää atomeja vuorovaikuttamasta tyhjiökammion seinämien kanssa.

Jos atomit vuorovaikuttavat tyhjiön seinien kanssa, lämpötilan muutoksen kaltaiset ympäristön muutokset voivat aiheuttaa virheitä kellon taajuudessa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla