伴隨著“天宮二號”的發(fā)射升空，一臺“長相”與我們日常所用的鐘表完全不同的黑色圓柱體——空間冷原子鐘來到太空開始履行自己的使命。這臺由中科院上海光學精密機械研究所研制的“定時神針”會實現(xiàn)約3000萬年誤差1秒的超高精度，是國際首臺在軌運行并開展科學實驗的空間冷原子鐘，也是目前在空間運行的最高精度原子鐘。那么，它是怎樣達到這樣的超高精度的呢？它又是用來干什么的呢？

　?、?超高精度的“高冷”鐘

　　空間冷原子鐘是在地面噴泉原子鐘的基礎上，科學家們將激光冷卻原子技術與空間微重力環(huán)境相結合的噴泉冷原子鐘，主要包括物理單元、微波單元、光學單元和控制單元4個組成部分。相比于之前太空運行的最高精度300萬年誤差1秒的熱原子鐘，這只冷原子鐘將時間精度提升了10倍。

　　中國科學院上海光機所量子光學重點實驗室主任劉亮介紹說，如果說機械表1天差不多有1秒誤差，石英表10天大概有1秒誤差，氫原子鐘數(shù)百萬年有1秒誤差，那么這臺冷原子鐘則可以做到3000萬年誤差1秒。

　　空間冷原子鐘達到超高精度的秘訣主要在于“高、冷”：一方面得益于太空中“天宮二號”的“微重力”環(huán)境；另一方面則因為其自身的“冷”。

　　在微重力環(huán)境下，原子團可以做超慢速勻速直線運動，基于對這種運動的精細測量可以獲得較地面上更加精密的原子譜線信息，從而可獲得更高精度的原子鐘信號，實現(xiàn)在地面上無法實現(xiàn)的性能，這是原子鐘和時間基準發(fā)展歷史上的重要突破。

　　此外，利用激光冷卻技術，原子氣體被冷卻至極低的溫度，則極大地消除了原子熱運動對原子鐘性能的影響。

　　“就像你坐在房間里，雖然看不見原子或分子，但里面的原子或分子都在運動，運動就會產生熱，便是熱原子。冷原子技術則是用激光的方法將原子溫度從室溫降低到接近絕對零度。對這些幾乎不動的原子進行測量，結果會更加準確。”劉亮解釋道。

　?、?應用廣泛的實用鐘

　　空間冷原子鐘可以在太空中對其他衛(wèi)星上的星載原子鐘進行無干擾的時間信號傳遞和校準，從而避免大氣和電離層多變狀態(tài)的影響，使得基于空間冷原子鐘授時的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有更加精確和穩(wěn)定的運行能力。同時冷原子技術的發(fā)展大幅度提高了許多實驗的精度，使原來不可能進行的實驗成為可能。