นาฬิกาอะตอม เพื่อการสำรวจอวกาศห้วงลึก

(ภาพ-NASA)

ในเดือนมิถุนายนที่จะถึงนี้นาฬิกาที่ทรงอานุภาพที่สุดและแม่นยำที่สุดเท่าที่โลกเคยปล่อยสู่ห้วงอวกาศ จะถูกส่งขึ้นไปสู่วงโคจรในห้วงอวกาศ โดยยาน “ฟัลคอน เฮฟวี” ยานขนส่งสัมภาระน้ำหนักสูงเกินปกติ (ซุปเปอร์ เฮฟวี่ ลอนช์ เวฮิเคิล) ของบริษัท สเปซเอ็กซ์ เพื่อปฏิบัติหน้าที่ช่วยเหลือภารกิจสำรวจอวกาศห้วงลึก พร้อมๆ กับปรับปรุงสมรรถนะของระบบกำหนดตำแหน่งด้วยดาวเทียม (จีพีเอส) ของโลกให้ดีและแม่นยำมากขึ้น

แอนดรูว์ กูด นักวิทยาศาสตร์ตัวแทนของห้องปฏิบัติการทดลองเจ็ท โพรพัลชัน ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (นาซา) แห่งสหรัฐอเมริกา ระบุว่า “ดีพสเปซ อตอมิค คล็อก” (ดีเอสเอซี หรือดีแซค) เป็นพัฒนาการล่าสุดของนาฬิกาอะตอม ซึ่งก่อนหน้านี้มีใช้กันอยู่บนพื้นโลกเพียงไม่กี่เรือน และเป็นนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีการส่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศมา นอกจากนั้นยังถูกสร้างขึ้นมาให้มีความแข็งแรงทนทานต่อแรงเครียดที่เกิดขึ้นในการเดินทางฝ่าห้วงอวกาศมากกว่านาฬิกาอะตอมทุกเรือนก่อนหน้านี้

“ดีแซค” มีขนาดเล็กกว่านาฬิกาอะตอมที่ผลิตกันใช้งานบนพื้นโลกมาก ขนาดเท่ากับเครื่องปิ้งขนมปังชนิด 4 แผ่นเท่านั้นเอง แต่มีความแม่นยำในการบอกเวลาสูงมาก คือคลาดเคลื่อนเพียงไม่เกิน 2 นาโนวินาที (2 ส่วนในพันล้านส่วนของวินาที) ต่อวันเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าในช่วง 10 ปี “ดีแซค” จะคลาดเคลื่อนเพียงประมาณ 7 ส่วนใน 1 ล้านส่วนของวินาทีเท่านั้นเอง

นาฬิกาอะตอมเป็นนาฬิกาที่มีความแม่นยำสูงมากที่สุดในบรรดาเทคโนโลยีบอกเวลาที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น หลักการทำงานของนาฬิกาอะตอมนั้นอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่า อะตอมบางอย่างมีพฤติกรรมบางประการที่เร็วและสม่ำเสมอมาก ตัวอย่างเช่นการกระจายแสงออกมาจากตัวอะตอม เป็นต้น จนสามารถใช้เป็นเครื่องวัดเวลาได้คลาดเคลื่อนน้อยมาก นาฬิกาอะตอมที่แม่นยำที่สุดบนโลกนั้น สามารถทำงานต่อเนื่องได้นับเป็นหลายพันล้านปีโดยที่คลาดเคลื่อนเพียงแค่ 1 วินาทีเท่านั้นเอง

Advertisement

การวัดเวลาที่แม่นยำสูงมากนั้นเป็นเรื่องสำคัญมากโดยเฉพาะในทางวิทยาศาสตร์ ระบบจีพีเอสจะไม่มีประโยชน์แต่อย่างใดหากไม่สามารถตรวจจับสัญญาณวิทยุได้แม่นยำตรงตามเวลาจริง เช่นเดียวกับยานอวกาศที่อยู่นอกวงโคจรรอบโลก ก็จำเป็นต้องอาศัยนาฬิกาอะตอมบนพื้นโลกเพื่อให้รู้ว่าอยู่ในที่ใดในห้วงอวกาศ เช่นเดียวกับการกำหนดการปรับเส้นทางโคจรของยาน ดังนั้นในการสำรวจอวกาศห้วงลึก ยานจึงจำเป็นต้องส่งสัญญาณวิทยุกลับมายังสถานีภาคพื้นดินบนโลกเป็นระยะ เพื่อปรับทิศทางการเคลื่อนที่ให้ถูกต้อง สถานีภาคพื้นดินอาศัยการวัดระยะเวลาการเดินทางมาถึงของสัญญาณวิทยุจากยานอวกาศโดยนาฬิกาอะตอมในการคำนวณว่ายานอวกาศดังกล่าวอยู่ ณ จุดใดในห้วงอวกาศ ซึ่งจำเป็นต้องแม่นยำมากคลาดเคลื่อนได้เพียงในระดับเมตรเท่านั้น หลังจากนั้นจึงส่งสัญญาณวิทยุกลับไปยังยานเพื่อบอกตำแหน่งของยานและจุดที่จะเดินทางต่อไป

ปัญหาที่ผ่านมาก็คือ เพื่อการนั้นยานจำเป็นต้องหยุด ปรับท่าทางของยานเพื่อให้เสาอากาศหันเข้ามาหาโลก เพื่อส่งสัญญาณและรอสัญญาณตอบกลับ ยิ่งไปกว่านั้น สถานีภาคพื้นดินสามารถให้บริการการคำนวณตำแหน่งและปรับทิศทางให้ยานได้ครั้งละ 1 ลำเท่านั้น

นาซา พัฒนา “ดีแซค” ขึ้นเพื่อติดตั้งไปกับยานสำรวจอวกาศห้วงลึก ทำให้สามารถคำนวณเวลาได้เองโดยไม่จำเป็นต้องรอคำตอบจากโลก ทั้งยังสามารถทดลองทางวิทยาศาสตร์ได้โดยไม่จำเป็นต้องหยุดส่งสัญญาณมายังโลกเช่นกัน

“ดีแซค” เป็นเทคโนโลยีล่าสุดของนาฬิกาอะตอม คิดค้นและรายงานไว้ครั้งแรกเมื่อปี 2006 นี่เอง โดยใช้ไอออนเดี่ยวของปรอทในที่กักซึ่งทำความเย็นด้วยเลเซอร์เป็นเครื่องวัดเวลา พฤติกรรมของไอออนของปรอทเร็วกว่าอะตอมของซีเซียมที่ใช้กันในนาฬิกาอะตอมเดิม (ใช้บอกเวลาอ้างอิงในสหรัฐอเมริกา และระบบจีพีเอสอยู่ในเวลานี้) อยู่มาก ทำให้แม่นยำกว่ามากด้วย

นาซาส่ง “ดีแซค” เรือนแรกขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของมัน ก่อนนำไปใช้ในการสำรวจอวกาศห้วงลึกและปรับปรุงระบบจีพีเอสใหม่ต่อไป

QR Code
เกาะติดทุกสถานการณ์จาก Line@matichon ได้ที่นี่
Line Image