Eine Atomuhr, die die Weltraumfahrt verändern könnte, hat ihren ersten Testlauf im All erfolgreich absolviert.
Die Deep Space Atomic Clock der NASA, die im Juni 2019 auf einem Satelliten gestartet wurde, übertraf während ihres ersten Jahres im Orbit um die Erde alle anderen Uhren im Weltraum. Die Uhr, kurz DSAC, war mindestens zehnmal stabiler als Uhren auf GPS-Satelliten, was sie zuverlässig genug für futuristische Weltraumnavigationssysteme macht, berichten Forscher online am 30. Juni in Natur.
Um heute durch das Sonnensystem zu navigieren, hören Raumsonden auf Signale von Antennen auf der Erde und senden diese Signale dann zurück. Ultrapräzise Atomuhren in Kühlschrankgröße am Boden messen diese Hin- und Rückfahrtzeit – die Stunden dauern kann – um den Standort eines Raumfahrzeugs zu bestimmen.
Ein zukünftiges Raumschiff mit einem DSAC in Toastergröße könnte einfach messen, wie lange ein Signal von der Erde braucht, um anzukommen, und seine eigene Position berechnen (SN: 21.06.19). Die Entkopplung der Weltraumnavigation von der Erde könnte eines Tages selbstfahrende Raumschiffe oder GPS-ähnliche Navigationssysteme auf anderen Planeten ermöglichen.
DSAC ist so stabil, weil es die Zeit hält, indem es elektrisch geladene Atome oder Ionen verwendet, anstatt neutrale Atome, sagt Eric Burt, ein Physiker am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Das Abfüllen von Ionen in elektrischen Feldern verhindert, dass diese Atome gegen die Wände stoßen ihres Behälters. Solche Wechselwirkungen führen dazu, dass die neutralen Atome in GPS-Satellitenuhren ihren Rhythmus verlieren.
Durch den Vergleich von DSAC mit der Wasserstoff-Maser-„Hauptuhr“ des US-Marineobservatoriums am Boden fanden die Forscher heraus, dass die Weltraumuhr im Laufe eines Tages um etwa 26 Pikosekunden oder Billionstelsekunden driftete (SN: 10.04.19). Das ist vergleichbar mit bodengestützten Atomuhren, die derzeit für die Navigation im Weltraum verwendet werden, sagt Todd Ely, Forschungsleiter des DSAC, ebenfalls am Jet Propulsion Laboratory der NASA.