NASA, yarın (24 Haziran) Falcon Heavy Roketi ile yeni atomik saatini yörüngeye gönderecek. Bu yeni teknolojiyle birlikte insanlığın uzay keşfi dönüşüme uğrayacak. NASA’nın Jet İtme Laboratuvarı (Jet Propulsion Laboratory) tarafından geliştirilen Derin Uzay Atomik Saati (Deep Space Atomic Clock), dünyada ve GPS hizmeti sağlayan uzaydaki uydularda bulunuyor.
NASA, yaptığı açıklamada yeni atomik saatin, uzay araçlarının uzak nesnelere olan seyrinin daha otonom hale getireceğini söyledi. Bilim insanları, yeni Derin Uzay Atomik Saat’in, uzay araçlarının dünyayla çok fazla iletişime geçmeden seyahat edebilmesini sağlayacağını umut ediyor.
Bu saatin nasıl çalıştığı konusuna gelecek olursak. Gökbilimciler, hali hazırda saatleri uzay seyirlerinde kullanıyor. Dünyadan uzay aracına sinyal gönderiliyor, sonra bu sinyal uzay aracından Dünya’ya tekrar gönderiliyor ve böylece uzay aracının Dünya’ya olan mesafesi ölçülüyor. Ayrıca bilim insanları, ışık hızında ilerleyen bu sinyalleri farklı zamanlarda göndererek uzay aracının yörüngesini yani nerede olduğunu ve nereye gittiğini hesaplayabiliyor.
NASA’ya göre, uzay aracının konumunu çok düşük hata payıyla öğrenmek için saniyenin milyarda birini ölçebilen kesin saatlere ihtiyaç duyuluyor. Ayrıca saatlerin oldukça stabil de olması gerekiyor.
1970'lerde kullanılan bir uydu saati.
NASA, yaptığı açıklamada, modern saatlerde kullanılan kuvars kristalli osilatörün uzay da çok fazla stabil kalamayacağını, altı hafta sonra milisaniyeler oynayabileceğini söyledi. Bu milisaniyelik oynama az gibi görünse de ışık hızında hareket eden sinyallerde 300 km’lik bir mesafeye denk gelir ki bu da oldukça hızlı hareket eden uzay araçlarının yerini tespitine oldukça büyük hasarlar verebilir.
Bu durumu önlemek ve daha iyi bir stabilizasyon yaratmak için atomik saatlerde, kuvars kristalli osilatör ile belli tiplerdeki atomlar birleştiriliyor. NASA’nın Derin Uzay Atomik Saati cıva atomlarını kullanacak ve dört gün sonra bir nanosaniyeden daha az, 10 yıl sonra ise bir mikrosaniyeden daha az bir hata payı olacak. NASA’dan yapılan açıklamaya göre, saatin tam bir saniye kayma yaşaması için 10 milyon yıl geçmesi gerekecek.
Atomik saatlerin avantajı, elektronlarla çevrili proton ve nötron çekirdeklerinden oluşan atomun yapısından geliyor. Her elementin atomunun farklı bir yapısı, çekirdeğindeki protonun farklı bir numarası oluyor. Her atom türündeki elektron numarası farklılık gösterebiliyor, elektronlar farlı enerji seviyelerini tutuyorlar ve doğru miktardaki bir enerji sarsıntısı, elektronun çekirdek etrafında yüksek enerji seviyelerine sıçramasına sebep olabilir.
Bir elektronun bu sıçramayı yapabilmesi için gereken enerji her element için benzersiz ve elementlerin tüm atomları için tutarlı. JPL’de atomik saat fizikçisi olan Eric Burt, “Bu yörüngeler arasındaki enerji farklılığı gerçeği oldukça kesin ve sabit değer, atomik saatler için oldukça kilit bir noktada. Atomik saatlerin, mekanik saatlerin ötesinde bir performansa ulaşabilmesinin sebebi bu.” ifadelerini kullandı.
Ancak Derin Uzay Atomik Saati’ni özel yapan tek şey de bunlar değil. Bu saat, sadece cıva atomlarını değil ayrıca yüklü cıva iyonlarını da kullanıyor. İyonların, elektrik yüklü atomlar olmaları sebebiyle elektromanyetik tuzaklar içerebiliyorlar. Bu da atomların, vakum hücresi duvarlarıyla etkileşimini önlüyor ki bu sıradan atomik saatlerde kullanılan nötr atomlarla ortak bir sorun. Vakum duvarlarıyla etkileşime geçtiklerinde, sıklık hatalarına sebep olabilecek çevresel sorunlar oluşabiliyor.
NASA’ya göre Derin Uzay Atomik Saati, bu tarz çevresel değişimlerin öznesi olmayacak GPS uydularında kullanılan saatlerden 50 kat daha stabil olacak.
