Om 10.15 uur deze morgen is een ultranauwkeurige atoomklok gelanceerd naar het internationale ruimtestation ISS. De uiterst precieze klok zal in de ruimte zuiver natuurkundig onderzoek gaan doen, bijvoorbeeld over hoe tijd relatief is aan zwaartekracht (wat Einstein eerder ontdekte). Ze zal ook communiceren met andere atoomklokken op aarde, wat concrete toepassingen kan opleveren voor het internet of banksystemen.
Atoomklok naar ruimte om relativiteitstheorie Einstein te testen: "Ook toepassingen voor internet en banksystemen"
Michaël Torfs
Gepubliceerd:
De Dragon-ruimtemodule van SpaceX is vanmorgen met succes gelanceerd op het Kennedy Space Center in Florida. Het ging om een bevoorradingsmissie voor het ISS waarbij de Dragon enkele tonnen vracht mee had: voedsel en materiaal voor de bemanning, maar ook materiaal voor wetenschappelijke experimenten.
Zo zullen er gewichtloze robots getest worden en is er een systeem aan boord om op een hoogtechnologische manier luchtkwaliteit te testen. Dat zou gebruikt kunnen worden tijdens toekomstige missies naar de maan of Mars.
Maar er is ook een zogenoemd Atomic Clock Ensemble in Space (ACES) mee, ontwikkeld door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA . Het gaat om 2 atoomklokken om "fundamentele concepten van de fysica" te testen zoals de relativiteitstheorie van Einstein. Tegelijk zullen de klokken communiceren met ander precisieklokken op aarde.
Een atoomklok? Een atoomklok kan de tijd heel precies meten door gebruik te maken van een bepaald soort atoom. Vaak is dat een cesium-atoom, vertelt podcaster en wetenschapper Lieven Scheire in 'De ochtend'. "Een cesium-atoom kan je licht laten uitsturen vanuit een heel specifieke trilling, een beetje zoals een TL-lamp. Je stuurt elektriciteit door een gas van atomen en er komt licht uit", vergelijkt Scheire.
Een cesium-133-atoom trilt dan exact 9 miljard, 192 miljoen en 631.770 keer in een seconde, met een frequentie van afgerond 9,19 gigahertz dus. "Zo kan je de tijd aan de hand van die specifieke trilling superprecies gaan meten. Het gaat om enorme, ingewikkelde machines."
Waarom is de test in het ISS nodig?
Een atoomklok is op aarde al snel 2 tot 3 meter groot, maar de ruimte-exemplaren voor het ISS zijn iets compacter gebouwd, omdat ze door de lage zwaartekracht en de lage temperatuur compacter kunnen werken.
De PHARAO-atoomklok die naar de ruimte gaat is ontwikkeld door het Franse ruimteagentschap CNES, en gebruikt lasers om cesium-atomen te koelen tot dicht bij het absolute minimum van 273 graden Celsius onder nul. Maar waarom de missie naar het ISS?
Atoomklokken worden almaar nauwkeuriger. Vroeger konden ze tot op 9 miljardste van een seconde meten. "Maar nu zijn er optische atoomklokken die meten tot een biljoenste van een seconde. Wat is het probleem? Over de hele aarde staan er verschillende van die superprecieze atoomklokken. Die zijn zodanig precies dat je die amper met elkaar kan vergelijken. Als je een signaal stuurt van de ene klok naar de andere, is de fout op het signaal vele keren groter dan de precisie van de klok", legt Scheire uit.
Tijd gaat langzamer bij grotere zwaartekracht
Door nu een atoomklok naar de ruimte te lanceren, kan die vanuit de ruimte communiceren en gaan wetenschappers proberen om de superprecieze atoomklokken op aarde met elkaar te vergelijken.
Maar er is meer: er is ook hoop dat we nieuwe dingen gaan ontdekken over de fysica, zegt Scheire: "De relativiteitstheorie zegt: hoe groter de zwaartekracht, hoe trager de tijd gaat. Daar merk je weinig van op aarde, maar het verschil in tijdsverloop tussen het ISS en hier op aarde is meer dan groot genoeg om te meten met zo'n atoomklok."
Mogelijk gaan we ontdekken dat natuurwetten zelf langzaam kunnen veranderen doorheen de tijd
Presentator en wetenschapper Lieven Scheire
Met andere woorden: door de zwaartekracht verandert het verloop van tijd. "Mensen vragen soms: gaat een klok dan anders tikken? Maar het is niets mechanisch, het gaat over het concept van tijd zelf. Tijd gaat trager bij een grotere zwaartekracht, zo ontstaan ook die zwarte gaten. Dat zijn plekken in de ruimte waar de zwaartekracht zo groot is, dat de tijd er - vanuit ons standpunt gezien - gewoon stilstaat.
Wetenschappers gaan dus de relativiteitstheorie testen, maar ze gaan ook kijken of bepaalde theorieën over donkere materie kloppen, "en zelfs heel exotische dingen zoals de mogelijkheid dat bepaalde natuurwetten langzaam zouden kunnen veranderen doorheen de tijd - zodanig langzaam dat we ze niet kunnen meten met onze huidige klokken. Misschien kan die superprecieze klok dat wel."
Nog beter internet en veiliger banksystemen
Terwijl het in de eerste plaats om zuiver natuurkundig onderzoek gaat, heeft het ook concrete toepassingen voor ons. Scheire denkt dan in de eerste plaats aan het synchroniseren van de precisieklokken: "Door nog preciezere klokken kunnen we een nog sneller internet maken, of nog beter beveiligde banksystemen."
Ook nu profiteren we al van wat Einstein ooit uitdacht. "Toen hij zijn relativiteitstheorie ontwikkelde, dacht hij wellicht ook van 'hier komt nooit bruikbare technologie uit', maar intussen gebruiken we gps-satellieten, en die moeten constant hun klokken aanpassen op basis van de relativiteitstheorie. Dus zonder Einsteins theorie hadden we geen gps-localisatie op aarde."
