Esta imagen del laboratorio espacial europeo Columbus fue tomada por el astronauta de la ESA Luca Parmitano durante su caminata espacial el 9 de julio de 2013. Crédito:ESA / NASA
La Estación Espacial Internacional albergará los relojes más precisos que jamás hayan salido de la Tierra. Con una precisión de un segundo en 300 millones de años, los relojes impulsarán la medición del tiempo para probar los límites de la teoría de la relatividad y nuestra comprensión de la gravedad.
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein predijo que la gravedad y la velocidad influyen en el tiempo, cuanto más rápido viajas, más tiempo se ralentiza, pero también cuanto más la gravedad tira de ti, más tiempo se ralentiza.
El 29 de mayo de 1919, la teoría de Einstein se puso a prueba por primera vez cuando Arthur Eddington observó que la luz se "doblaba" alrededor del Sol durante un eclipse solar. Cuarenta años después, El experimento de Pound-Rebka midió por primera vez el efecto de desplazamiento al rojo inducido por la gravedad en un laboratorio, pero un siglo después, los científicos todavía están buscando los límites de la teoría.
"La teoría de la relatividad describe nuestro Universo a gran escala, pero en el límite con la escala infinitesimalmente pequeña, la teoría no concuerda y sigue siendo inconsistente con la mecánica cuántica, "explica Luigi Cacciapuoti, Científico del proyecto Atomic Clock Ensemble in Space (ACES) de la ESA. "Los intentos de hoy de unificar la relatividad general y la mecánica cuántica predicen violaciones del principio de equivalencia de Einstein".
El principio de Einstein detalla cómo la gravedad interfiere con el tiempo y el espacio. Una de sus manifestaciones más interesantes es la dilatación del tiempo debido a la gravedad. Este efecto ha sido probado comparando relojes a diferentes altitudes, como en montañas, en valles y en el espacio. Los relojes a mayor altitud muestran que el tiempo pasa más rápido con respecto a un reloj en la superficie de la Tierra, ya que hay menos gravedad de la Tierra cuanto más lejos estás de nuestro planeta.
Fotografía en negativo del eclipse solar de 1919. Crédito:Royal Astronomical Society
Volando a 400 km de altitud en la Estación Espacial, el Conjunto de Reloj Atómico en el Espacio realizará mediciones más precisas que nunca.
Internet de los relojes
ACES creará una "Internet de relojes", conecta los relojes atómicos más precisos de todo el mundo y compara su cronometraje con los del laboratorio ingrávido de la humanidad mientras vuela por encima.
Ingenieros de la agencia espacial francesa trabajando en el reloj espacial atómico Pharao. Pharao es parte del Atomic Clock Ensemble in Space, ACES, que volará a la Estación Espacial Internacional. Crédito:CNES
Comparar el tiempo con una estabilidad de cientos de femtosegundos (una millonésima de mil millonésima de segundo) requiere técnicas que superen los límites de la tecnología actual. ACES tiene dos formas para que los relojes transmitan sus datos, un enlace de microondas y un enlace óptico. Ambas conexiones intercambian señales de temporización bidireccionales entre las estaciones terrestres y la terminal espacial, cuando la señal de sincronización se dirige hacia arriba a la Estación Espacial y cuando regresa a la Tierra.
La precisión sin precedentes que ofrece esta configuración aporta algunas bonificaciones interesantes al experimento ACES. Los relojes en tierra se compararán entre sí proporcionando mediciones locales de las diferencias geopotenciales, ayudando a los científicos a estudiar nuestro planeta y su gravedad.
Las frecuencias de los enlaces láser y microondas ayudarán a comprender cómo se propagan la luz y las ondas de radio a través de la troposfera y la ionosfera, proporcionando así información sobre el clima. Finalmente, La Internet de los relojes permitirá a los científicos distribuir el tiempo y sincronizar sus relojes en todo el mundo para experimentos terrestres a gran escala y para otras aplicaciones que requieren una sincronización precisa.
Módulo Columbus con ACES. Crédito:ESA – D. Ducros
"La próxima generación de relojes atómicos y las técnicas de enlace que estamos desarrollando podrían usarse algún día para observar las ondas gravitacionales como la misión LISA propuesta por la ESA". "agrega Luigi, "pero ahora mismo ACES nos ayudará a probar lo mejor que podamos la teoría de la relatividad general de Einstein, buscando pequeñas violaciones que, si se encuentra, podría abrir una ventana a una nueva teoría de la física que debe surgir ".
Los relojes se han probado e integrado en la carga útil de ACES y el enlace de microondas para ACES se está sometiendo a pruebas antes de la integración final con el experimento completo. ACES estará listo para su lanzamiento a la Estación Espacial en 2020.
