GPS時(shí)鐘上的銫原子鐘是的時(shí)鐘嗎

發(fā)布時(shí)間：2015-04-29 來源：

古人使用蚊香或者砂漏來計(jì)時(shí)，它的準(zhǔn)確度就沒法說了。后來，人們使用鐘表來計(jì)時(shí)，通訊導(dǎo)航還曾經(jīng)使用脈沖星來計(jì)時(shí)�，F(xiàn)在，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院的新式計(jì)時(shí)器被稱作量子邏輯時(shí)鐘，它的原理是用激光來檢測(cè)鋁離子的兩個(gè)超精細(xì)能階間躍遷的諧振頻率，可以在37億年內(nèi)的誤差也不會(huì)超過1秒鐘，但我們的生活實(shí)在不需要這么的時(shí)鐘。

與我們的生活比較密切的是銫原子鐘，它是導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)GPS的關(guān)鍵部件，目前，按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，銫原子鐘能把8000萬年的誤差控制在1秒內(nèi)，這僅僅是在地面不動(dòng)的情況下，對(duì)于地面生活的人來說，衛(wèi)星上使用的銫原子鐘談不上。GPS衛(wèi)星上攜帶的時(shí)間裝置是銫原子鐘，一般到十億分之一秒。但是，它會(huì)隨著高速運(yùn)動(dòng)和地球引力產(chǎn)生一些誤差。原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來計(jì)時(shí)的，在地面的銫-133每秒鐘躍遷9192631770次，而到衛(wèi)星上就應(yīng)該是9192631775次，這就意味著時(shí)間變慢了，建造全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，必須要考慮時(shí)間變慢這個(gè)問題。

根據(jù)狹義相對(duì)論，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，時(shí)間會(huì)變慢，運(yùn)動(dòng)速度越快，時(shí)間就越慢。GPS衛(wèi)星以每小時(shí)14000千米的速度繞地球飛行，因此，GPS衛(wèi)星上攜帶的時(shí)鐘每天慢大約7微秒。GPS衛(wèi)星位于距離地面大約2萬千米的太空中。根據(jù)廣義相對(duì)論，物質(zhì)質(zhì)量的存在會(huì)造成時(shí)空的彎曲，質(zhì)量越大，距離越近，就彎曲得越厲害，時(shí)間則會(huì)越慢。受地球質(zhì)量的影響，GPS衛(wèi)星上的時(shí)鐘就要走得比較快，每天快大約45微秒。在考慮了快的因素和慢的因素之后，GPS衛(wèi)星時(shí)鐘每天還要快大約38微秒。雖然在衛(wèi)星發(fā)射之前，這些問題就已經(jīng)考慮到，并且作了相應(yīng)的調(diào)整。但是，空間的冷熱變化，宇宙射線和時(shí)間的延續(xù)都會(huì)帶來誤差。
　　美國(guó)加州航空股份公司設(shè)有一個(gè)光電科技處，負(fù)責(zé)GPS原子鐘的調(diào)試。他們采用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，分別與兩臺(tái)銫原子鐘相連，其中一臺(tái)模擬空間環(huán)境，另一臺(tái)處于正常地面環(huán)境中，得到的時(shí)間。每隔1.5秒，就會(huì)讓地面的原子鐘與所有衛(wèi)星原子鐘做一次校對(duì)，以此讓衛(wèi)星上的時(shí)間與地面上的時(shí)間保持一致。