Mikrosvijet unutar svemirskog atomskog sata

Ono što vam možda izgleda kao snimka vanzemaljskog krajolika iz zraka (slika gore), zapravo je pogled skenirajućeg elektronskog mikroskopa na probnu staklenu površinu, u sklopu projekta poboljšanja životnog vijeka svemirskih atomskih satova, koji se nalaze u srcu navigacijskih satelita. Svaki oštri element ugraviran plazmom koji se ovdje vidi manji je od 10 mikrometara u promjeru.

Vrlo precizni atomski satovi oslanjaju se na promjene između energetskih stanja elektronske ljuske atoma, inducirane svjetlom, laserskom ili masenom energijom. Prisiljavanje atoma da skaču iz jednog energetskog stanja u drugo uzrokuje emisiju povezanog mikrovalnog signala na iznimno stabilnoj frekvenciji.

Kao primjer možemo uzeti dizajn pasivnog vodikovog masenog sustava koji služi kao glavni sat na svakom satelitu Galileo, održavajući vrijeme s procijenjenom preciznošću od jedne sekunde u tri milijuna godina. Ključni element je kuglasta plazma unutar kojeg se nalaze molekule vodika disocirane na atome.

Ova mikroskopska slika dobivena u sklopu projekta ESA Technology Development Element, u cilju karakterizacije ovih učinaka za poboljšanje pouzdanosti svemirskih atomskih satova.

Satelitska navigacija oslanja se na visoko precizno mjerenje vremena jer  se pozicioniranje izračunava na temelju vremena putovanja signala pomnoženog s brzinom svjetlosti.

Poboljšane verzije pasivnog vodikovog masenog sustava i rezervnih rubidijevih atomskih satova dizajnirane su za nove europske satelite Galileo druge generacije.

Vremenska stabilnost također je sve važnija za satelitske telekomunikacije, s prelaskom na više frekvencije koje nude veće brzine prijenosa podataka, ali zauzvrat zahtijevaju točnu vremensku sinkronizaciju, za što se uzimaju u obzir manji atomski satovi veličine čipa.