Châu Âu sắp phóng đồng hồ chính xác nhất trong vũ trụ

Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) sẽ phóng đồng hồ chính xác đến mức lệch chưa đến một giây sau hơn 300 triệu năm lên trạm ISS để kiểm tra thuyết tương đối rộng.

Một mạng lưới đồng hồ tốt nhất trên Trái Đất sẽ được đồng bộ hóa với đồng hồ chính xác nhất từng được đưa vào không gian, theo New Scientist. Tuy nhiên, thiết bị này có thời gian sử dụng khá ngắn, nó sẽ cháy rụi trong khí quyển vào cuối thập kỷ này khi Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) rời quỹ đạo. Đồng hồ chính xác nhất trong không gian sẽ được phóng trong vài ngày tới và sẽ bắt đầu xây dựng một mạng lưới đồng bộ hóa cao từ những đồng hồ tốt nhất trên Trái Đất.

Được chuẩn bị trong hàng thập kỷ, dự án Tập hợp Đồng hồ Nguyên tử trong Không gian (ACES) của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) sẽ tạo ra tín hiệu thời gian với độ chính xác chưa từng có, sau đó truyền qua tia laser đến 9 trạm mặt đất khi trạm ISS bay qua với tốc độ 27.000 km/h. Mạng lưới đồng hồ này sẽ cung cấp độ chính xác cao trong việc đo thời gian trên toàn thế giới. Kết quả là ACES có thể kiểm tra thuyết tương đối tổng quát của Einstein với độ chính xác lớn, theo đó thời gian trôi qua bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn. Nó cũng hỗ trợ nghiên cứu về mọi thứ từ vật chất tối tới lý thuyết dây.

Theo lịch trình, ACES sẽ phóng vào ngày 21/4 trên tên lửa Falcon 9 của SpaceX từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy, Florida. Khi đến ISS, cánh tay robot của Cơ quan Vũ trụ Canada, Canadarm2, sẽ gắn nó vào bên ngoài phòng thí nghiệm Columbus của ESA, nơi nó sẽ tồn tại trong môi trường chân không vũ trụ. Trên thực tế, gói thiết bị gồm hai đồng hồ: một gọi là SHM có khả năng ổn định trong thời gian ngắn, cho phép hiệu chỉnh đồng hồ còn lại tên PHARAO. Bộ đôi đồng hồ chính xác đến mức lệch chưa đến một giây sau hơn 300 triệu năm, gấp 10 lần so với các đồng hồ trên vệ tinh GPS.

Về cơ bản, PHARAO mô phỏng một đồng hồ nguyên tử từ Paris chiếm cả một căn phòng. Thu nhỏ công nghệ đó thành một thiết bị chiếm chưa đến một mét khối, có thể chịu đựng được sức ép từ hoạt động phóng tên lửa và môi trường không gian là một thành tựu đáng nể. Để tạo ra tín hiệu đồng hồ chính xác, PHARAO phun một dòng nguyên tử cesium làm lạnh tới gần độ 0 tuyệt đối và quan sát tương tác của chúng với trường vi sóng. Trên Trái Đất, điều này đòi hỏi một thiết bị cao tới 3 m, nhưng trong môi trường vi trọng lực, những nguyên tử này có thể được phun ở dạng dòng chậm và nhỏ hơn, nhờ đó thiết bị nhỏ gọn hơn nhiều.

Nhà nghiên cứu Simon Weinberg tại ESA cho biết thiết bị nhạy đến mức chỉ cần đặt một thìa gần đó cũng có thể tạo ra trường điện từ đủ mạnh để phá hủy đồng hồ. "Để so sánh, chúng tôi đang cố gắng đo thời gian chính xác đến từng phần nghìn tỷ giây", Weinberg nói. "Đó là một công việc cực kỳ khó khăn".

Ý tưởng về ACES đã tồn tại từ thập niên 1990 và ban đầu dự kiến phóng trên tàu con thoi, đã ngừng hoạt động vào năm 2011. Khi vào không gian, tín hiệu đầu tiên phải mất 1,5 năm để tới đồng hồ trên Trái Đất. Các nhà nghiên cứu sẽ mất khoảng 6 tháng để triển khai thiết bị, tiếp theo cần thêm một năm đo lường để tách và khử nhiễu khỏi tín hiệu đồng hồ.

Sau đó, ACES sẽ hoạt động đến năm 2030, sau đó trạm ISS sẽ được điều khiển để đâm vào vào bầu khí quyển Trái Đất và cháy rụi. Khi đó, đồng hồ quang học siêu chính xác có thể khiến các đồng hồ nguyên tử trở nên lỗi thời trên Trái Đất, mặc dù chúng có thể chưa đủ nhỏ gọn hay bền chắc để sử dụng trong không gian lúc bấy giờ. Weinberg cho biết ESA sẽ tìm cách phóng thế hệ mới của ACES để thay thế những gì mất đi trên ISS bằng công nghệ phù hợp nhất vào thời điểm đó.

An Khang (Theo New Scientist)