伴隨著“天宮二號(hào)”的發(fā)射升空，一臺(tái)“長(zhǎng)相”與我們?nèi)粘Ｋ玫溺姳硗耆煌暮谏珗A柱體——空間冷原子鐘來(lái)到太空開(kāi)始履行自己的使命。這臺(tái)由中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制的“定時(shí)神針”會(huì)實(shí)現(xiàn)約3000萬(wàn)年誤差1秒的超高精度，是國(guó)際首臺(tái)在軌運(yùn)行并開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的空間冷原子鐘，也是目前在空間運(yùn)行的最高精度原子鐘。那么，它是怎樣達(dá)到這樣的超高精度的呢？它又是用來(lái)干什么的呢？

　?、?超高精度的“高冷”鐘

　　空間冷原子鐘是在地面噴泉原子鐘的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們將激光冷卻原子技術(shù)與空間微重力環(huán)境相結(jié)合的噴泉冷原子鐘，主要包括物理單元、微波單元、光學(xué)單元和控制單元4個(gè)組成部分。相比于之前太空運(yùn)行的最高精度300萬(wàn)年誤差1秒的熱原子鐘，這只冷原子鐘將時(shí)間精度提升了10倍。

　　中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉亮介紹說(shuō)，如果說(shuō)機(jī)械表1天差不多有1秒誤差，石英表10天大概有1秒誤差，氫原子鐘數(shù)百萬(wàn)年有1秒誤差，那么這臺(tái)冷原子鐘則可以做到3000萬(wàn)年誤差1秒。

　　空間冷原子鐘達(dá)到超高精度的秘訣主要在于“高、冷”：一方面得益于太空中“天宮二號(hào)”的“微重力”環(huán)境；另一方面則因?yàn)槠渥陨淼?ldquo;冷”。

　　在微重力環(huán)境下，原子團(tuán)可以做超慢速勻速直線運(yùn)動(dòng)，基于對(duì)這種運(yùn)動(dòng)的精細(xì)測(cè)量可以獲得較地面上更加精密的原子譜線信息，從而可獲得更高精度的原子鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在地面上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的性能，這是原子鐘和時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)展歷史上的重要突破。

　　此外，利用激光冷卻技術(shù)，原子氣體被冷卻至極低的溫度，則極大地消除了原子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)原子鐘性能的影響。

　　“就像你坐在房間里，雖然看不見(jiàn)原子或分子，但里面的原子或分子都在運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生熱，便是熱原子。冷原子技術(shù)則是用激光的方法將原子溫度從室溫降低到接近絕對(duì)零度。對(duì)這些幾乎不動(dòng)的原子進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果會(huì)更加準(zhǔn)確。”劉亮解釋道。

　?、?應(yīng)用廣泛的實(shí)用鐘

　　空間冷原子鐘可以在太空中對(duì)其他衛(wèi)星上的星載原子鐘進(jìn)行無(wú)干擾的時(shí)間信號(hào)傳遞和校準(zhǔn)，從而避免大氣和電離層多變狀態(tài)的影響，使得基于空間冷原子鐘授時(shí)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有更加精確和穩(wěn)定的運(yùn)行能力。同時(shí)冷原子技術(shù)的發(fā)展大幅度提高了許多實(shí)驗(yàn)的精度，使原來(lái)不可能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)成為可能。