To, co vypadá jako letecký snímek nějaké tajemné planety, je ve skutečnosti fotografie zkušebního skleněného povrchu pořízená skenovacím elektronovým mikroskopem. Obrázek vznikl jako součást projektu, který má za cíl prodloužit životnost atomových hodin, které představují srdce navigačních družic. Každý ostrý plazmatem vyleptaný útvar na obrázku je menší než 10 mikrometrů (zhruba setinu milimetru). Vysoce přesné atomové hodiny spoléhají na přechody mezi dvěma energetickými úrovněmi v elektronovém obalu atomu, které jsou vyvolané laserem či maserem. Přinucení atomů přeskočit z jednoho energetického stavu do druhého vyvolává emisi přidruženého mikrovlnného signálu s extrémně stabilní frekvencí.
Pokud si za příklad vezmeme konstrukci pasivního vodíkového maseru, který slouží jako hlavní hodiny na palubě každé evropské družice Galileo (a měří čas s odhadovanou odchylkou jedné sekundy za tři miliony let), je klíčovým prvkem uzavřený prostor pro plazma se skleněnou baňkou, ve které se dvouatomové molekuly vodíku rozpadají na jednotlivé atomy. Chemické leptání a další interakce mezi vodíkovým plazmatem a vnitřními stěnami skla však mohou nakonec vést k degradaci baňky a ovlivnit dlouhodobou udržitelnost procesu vybíjení. Přiložený mikroskopický snímek ukazuje výsledky s kuželovitými vzory způsobenými mechanismy leptání, které souvisejí s plazmovými efekty. Snímek byl pořízen v rámci projektu Technology Development Element agentury ESA, která v jeho rámci spolupracuje se společností Safran (dříve Orolia). Celý projekt se zabývá charakterizací těchto jevů za účelem zvýšení spolehlivosti atomových hodin pro použití v kosmickém prostoru.
Družicové navigační systémy vyžadují vysoce přesné měření času, jelikož pozici vypočítávají na základě času, který signál potřebuje k překonání vzdálenosti mezi klientem a družicí. Ve výpočtu se pak tato hodnota násobí rychlostí světla. Vylepšené verze pasivního vodíkového maseru a záložní rubidiové atomové hodiny byly navrženy pro nové družice evropského systému Galileo. Stabilita měření času je stále důležitější i pro kosmické telekomunikace, jelikož se tato činnost přesouvá na vyšší frekvence, které nabízí vyšší přenosové rychlosti. Na druhou stranu to však vyžaduje přesnou časovou synchronizaci a proto se uvažuje také o menší verzi atomových hodin.
Přeloženo z:
https://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/25392992-1-eng-GB/Micro-world_within_atomic_clock.jpg
Pro zajímavost, jedná se o snímek z elektronového mikroskopu vyvinutého a vyrobeného v Brně 🙂 Konkrétně firmou Thermo Fisher Scientific.
Díky moc, to je skvělá zpráva!