Швейцарские атомные «ходики» в космосе проверят Эйнштейна

Швейцарские часы стали ключевым элементом в уникальной миссии по проверке теории относительности Альберта Эйнштейна на орбите Земли. Keystone-SDA

Швейцария — страна точного времени. Один из созданных здесь приборов стал ключевым элементом в уникальной миссии по проверке теории относительности Альберта Эйнштейна на орбите Земли.

В понедельник, 21 апреля 2025 года, Европейское космическое агентство (ЕКА / ESA) отправило к Международной космической станции (МКС) комплект атомных часов ACES (Atomic Clock Ensemble in Space). Ракета Falcon 9 компании SpaceX, стартовавшая с мыса Канаверал во Флориде в 10:15 по швейцарскому времени, доставит научный модуль на орбиту высотой около 400 км. Там с помощью роботизированной руки-манипулятора он будет закреплён на внешней поверхности европейского сегмента МКС Columbus. Миссия рассчитана на 30 месяцев непрерывной работы.

Швейцарское участие в проекте координирует Государственный секретариат по образованию, исследованиям и инновациям (SBFI, входит в состав Минэкономики). Глава ведомства Мартина Хираяма (Martina Hirayama) присутствовала на церемонии запуска. Напомним, что, согласно положениям общей теории относительности, опубликованной Альбертом Эйнштейном в 1915 году, течение времени зависит от силы гравитационного поля: рядом с массивными телами время замедляется.

Читайте также:

Это явление, известное как гравитационный красный сдвиг, было подтверждено в земных условиях, но оно становится особенно заметным именно в космосе. Например, атомные часы на навигационных спутниках, находящихся на высоте около 20 000 км, ежедневно «спешат» на 40 микросекунд по сравнению с земными эталонами. Миссия ACES призвана уточнить это расхождение с беспрецедентной точностью вплоть до одной миллионной доли, улучшив текущие измерения времени на два порядка. Для этого используются приборы, один из которых создан в Швейцарии.

Первый компонент ACES — SHM (Space Hydrogen Maser) — разработан компанией Safran Time Technologies в кантоне Невшатель. Это активный водородный мазерВнешняя ссылка, использующий когерентное микроволновое излучение атомов водорода. Прибор обеспечивает исключительно высокую краткосрочную стабильность и используется для генерации эталонной частоты атомных часов. По стабильности он в десять раз превосходит мазеры, применяемые в системе Galileo.

Второй прибор — PHARAO (Projet d’Horloge Atomique par Refroidissement d’Atomes en Orbite), разработанный Национальным центром космических исследований Франции (CNES). Внутри этой установки атомы охлаждаются лазером до температур, близких к абсолютному нулю, и в условиях невесомости совершают регулярные квантовые колебания. Это позволяет с высокой точностью фиксировать длительность секунды.

А также:

С 1967 года секунда определяется как 9 192 631 770 колебаний электромагнитной волны, излучаемой атомом цезия-133 при переходе между двумя энергетическими состояниями. PHARAO воспроизводит это определение в космосе — с точностью, невозможной в наземных условиях. Как подчеркнул Филипп Лоран (Philippe Laurent), руководитель проекта ACES/PHARAO в Парижской обсерватории, сочетание PHARAO и SHM обеспечивает стабильность, при которой отклонение составит не более одной секунды за 300 миллионов лет. Сигнал ACES будет передаваться на Землю по микроволновому каналу.

Девять наземных станций, расположенных в Европе, Великобритании, Японии и США, сравнят его с локальными эталонными часами. Цель — проверить, насколько точно общая теория относительности описывает наблюдаемый «эффект Эйнштейна». Если будут зафиксированы даже минимальные отклонения от предсказаний, то это может потребовать пересмотра или уточнения уравнений Эйнштейна. В перспективе это может приблизить науку к объединению двух пока несовместимых моделей — общей теории относительности, описывающей поведение макромира, и квантовой механики, описывающий мир на микроуровне.

На Земле уже разрабатываются оптические атомные часы, использующие колебания в видимом диапазоне спектра. Они в 100 раз точнее ACES, но пока остаются экспериментальными. Ни один из таких приборов ещё не был выведен на орбиту. Как отметил Саймон Вайнберг (Simon Weinberg), руководитель проекта ACES в ЕКА, именно это делает нынешнюю миссию уникальной: проект ACES — первая в истории космическая лаборатория, способная установить новые пределы точности в области общей метрологии.