Châu Âu chuẩn bị phóng đồng hồ chính xác nhất trong vũ trụ

Trong một bước tiến đột phá cho khoa học vũ trụ, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) sắp phóng một đồng hồ có độ chính xác cao nhất từng được đưa vào không gian. Thiết bị này hứa hẹn sẽ chỉ sai lệch chưa đến một giây sau hơn 300 triệu năm, mở ra cơ hội kiểm tra thuyết tương đối rộng của Einstein.

Cánh tay robot Canadarm2 sẽ đảm nhận nhiệm vụ lắp đặt bộ đôi đồng hồ mới trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).

Đồng hồ này sẽ được đồng bộ hóa với một mạng lưới đồng hồ chính xác nhất trên Trái Đất, theo thông tin từ một tạp chí khoa học nổi tiếng. Tuy nhiên, thiết bị này có thời gian hoạt động ngắn, dự kiến sẽ bị tiêu hủy khi ISS rời khỏi quỹ đạo vào cuối thập kỷ này. Sự kiện phóng đồng hồ này sẽ diễn ra trong vài ngày tới, đánh dấu sự khởi đầu cho một mạng lưới đồng bộ hóa thời gian cao cấp từ những đồng hồ hàng đầu trên hành tinh của chúng ta.

Được phát triển qua nhiều thập kỷ, dự án Tập hợp Đồng hồ Nguyên tử trong Không gian (ACES) của ESA sẽ tạo ra tín hiệu thời gian với độ chính xác chưa từng có, sau đó truyền tải qua tia laser đến 9 trạm mặt đất khi ISS di chuyển với tốc độ 27.000 km/h. Mạng lưới đồng hồ này không chỉ cung cấp độ chính xác cao trong việc đo thời gian mà còn có thể kiểm tra thuyết tương đối tổng quát của Einstein, theo đó thời gian trôi qua sẽ bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn. Điều này cũng sẽ hỗ trợ cho các nghiên cứu về nhiều lĩnh vực khác nhau, từ vật chất tối đến lý thuyết dây.

Theo kế hoạch, ACES sẽ được phóng vào ngày 21/4 trên tên lửa Falcon 9 từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy, Florida. Khi đến ISS, cánh tay robot Canadarm2 sẽ gắn thiết bị này vào bên ngoài phòng thí nghiệm Columbus của ESA, nơi nó sẽ hoạt động trong môi trường chân không của không gian. Thiết bị bao gồm hai đồng hồ: một đồng hồ SHM có khả năng ổn định trong thời gian ngắn và một đồng hồ PHARAO, với độ chính xác cao đến mức sai lệch chưa đến một giây sau hơn 300 triệu năm, gấp 10 lần so với các đồng hồ trên vệ tinh GPS.

Đặc biệt, PHARAO mô phỏng một đồng hồ nguyên tử lớn từ Paris, nhưng đã được thu nhỏ thành một thiết bị chỉ chiếm chưa đến một mét khối. Việc phát triển công nghệ này để chịu được áp lực từ hoạt động phóng tên lửa và môi trường không gian là một thành tựu đáng kể. Để tạo ra tín hiệu đồng hồ chính xác, PHARAO phun một dòng nguyên tử cesium được làm lạnh gần đến độ 0 tuyệt đối và quan sát sự tương tác của chúng với trường vi sóng. Trên Trái Đất, quy trình này yêu cầu một thiết bị cao tới 3 mét, nhưng trong môi trường vi trọng lực, các nguyên tử có thể được phun ở dạng dòng chậm và nhỏ hơn, giúp thiết bị trở nên gọn nhẹ hơn.

Nhà nghiên cứu Simon Weinberg tại ESA cho biết thiết bị này nhạy đến mức chỉ cần đặt một thìa gần đó cũng có thể tạo ra trường điện từ đủ mạnh để làm hỏng đồng hồ. “Chúng tôi đang cố gắng đo thời gian chính xác đến từng phần nghìn tỷ giây”, Weinberg chia sẻ. “Đó là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn”.

Ý tưởng về ACES đã được hình thành từ thập niên 1990 và ban đầu dự kiến phóng trên tàu con thoi, nhưng chương trình này đã ngừng hoạt động vào năm 2011. Khi vào không gian, tín hiệu đầu tiên sẽ mất khoảng 1,5 năm để đến được đồng hồ trên Trái Đất. Các nhà nghiên cứu sẽ cần khoảng 6 tháng để triển khai thiết bị, sau đó là một năm để đo lường và khử nhiễu tín hiệu đồng hồ.

ACES dự kiến sẽ hoạt động đến năm 2030, sau đó ISS sẽ được điều khiển để đâm 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 đã mất trên ISS bằng công nghệ tiên tiến nhất vào thời điểm đó.

An Khang