La madrugada de ayer por la mañana, la NASA lanzó un cohete SpaceX Falcon Heavy en órbita con una mezcolanza de misiones científicas a bordo. Una de las cargas útiles más intrigantes fue un reloj, que funcionará durante aproximadamente un año mientras da vueltas alrededor del planeta. Pero este no es un reloj ordinario: el reloj atómico del espacio profundo es una tecnología que podría facilitar la navegación en el espacio profundo en el futuro.
Kasandra Brabaw en Space.com informa que la mayoría de las sondas enviadas al cosmos se rastrean desde la Tierra a través de ondas de radio, que viajan a la velocidad de la luz. Se envía una señal desde la Tierra y se devuelve inmediatamente al control de la misión, lo que permite a los manejadores de la sonda calcular su posición exacta en función de cuánto tiempo tardó la señal en alcanzarlos. Ese proceso se basa en la Red de Espacio Profundo de la NASA, una serie de antenas de radio que solo pueden manejar tanto tráfico espacial en un momento dado.
Sin embargo, si las sondas tuvieran relojes lo suficientemente estables y precisos como para permitirles trazar su propio curso, podrían hacer parte de esa navegación de forma autónoma, informa Jonathan Amos en la BBC.
"La navegación autónoma a bordo significa que una nave espacial puede realizar su propia navegación en tiempo real sin esperar a que se envíen instrucciones de los navegadores aquí en la Tierra", dijo recientemente el investigador principal adjunto Jill Seubert en una conferencia de prensa. Las naves espaciales “autónomas” también son una parte clave para poner a los humanos en Marte. "Y con esta capacidad, una nave espacial tripulada por humanos puede ser entregada de forma segura a un lugar de aterrizaje con menos incertidumbre en su camino".
Pero incluso el Rolex más bonito no lo cortará en el espacio. Los cristales de cuarzo oscilan a una frecuencia regular cuando la corriente eléctrica los atraviesa, por lo que están acostumbrados en los relojes para hacer un seguimiento del tiempo. Son lo suficientemente precisos cuando se trata de levantarse para trabajar o tomar un tren, pero no son lo suficientemente precisos por sí solos para navegar en el espacio profundo. Pueden perder un milisegundo completo en el transcurso de seis semanas, lo que sería desastroso para una sonda espacial.
Para obtener la precisión milmillonésima de segundo necesaria para volar a través del cosmos se requiere un reloj atómico, un dispositivo que entrena su cristal de cuarzo a las oscilaciones de ciertos átomos. Los electrones alrededor de estos átomos ocupan distintos niveles de energía, u órbitas, y se necesita una sacudida precisa de electricidad para hacer que salten al siguiente nivel de energía. "El hecho de que la diferencia de energía entre estas órbitas es un valor tan preciso y estable es realmente el ingrediente clave para los relojes atómicos", dice Eric Burt, físico de reloj atómico en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en un comunicado de prensa. "Es la razón por la cual los relojes atómicos pueden alcanzar un nivel de rendimiento más allá de los relojes mecánicos".
En un reloj atómico, la frecuencia del oscilador de cuarzo se ajusta para que coincida con la energía necesaria para hacer estallar los electrones a un nuevo nivel de energía. Cuando el cuarzo vibra a la frecuencia correcta, los electrones saltarán al siguiente nivel de energía. Si no lo hacen, el reloj sabe que la frecuencia está apagada y puede corregirse solo, un proceso que ocurre cada pocos segundos.
Actualmente, la mayoría de los relojes atómicos terrestres son del tamaño de un refrigerador. Ingrese al reloj atómico del espacio profundo, con el que los ingenieros de la NASA han estado jugando durante casi 20 años. El dispositivo, aproximadamente del tamaño de una tostadora, utiliza iones de mercurio cargados para mantener su oscilador de cuarzo verdadero, y pierde solo aproximadamente un nanosegundo en cuatro días. El reloj tardaría unos 10 millones de años en apagarse por un segundo, lo que lo hace aproximadamente 50 veces más estable que los relojes precisos utilizados en la navegación por satélite GPS.
El reloj está actualmente en órbita terrestre baja y se encenderá en cuatro a siete semanas. Después de tres o cuatro semanas de operación, los investigadores analizarán su desempeño preliminar y darán un veredicto final sobre qué tan bien funciona en el espacio después de que se acerca al planeta durante aproximadamente un año.
Si el reloj es lo suficientemente estable, según una declaración de la NASA, podría comenzar a aparecer en las naves espaciales en la década de 2030. Ya sea que esta versión sobreviva o no, los relojes atómicos o una tecnología similar serán críticos en futuras misiones espaciales a otros mundos.
"El Reloj Atómico del Espacio Profundo tendrá la capacidad de ayudar en la navegación, no solo localmente sino también en otros planetas", dice Burt. "Una forma de pensarlo es como si tuviéramos GPS en otros planetas".
Otros experimentos que entraron en órbita con el reloj incluyen la Misión de infusión de propulsor verde, que está probando un sistema que utiliza combustible espacial no tóxico de alto rendimiento, y el Experimento de baliza tándem mejorada, que explorará burbujas en las capas cargadas eléctricamente de la atmósfera de la Tierra que a veces puede interferir con las señales de GPS.
