Crédito:Safran O que parece ser uma foto aérea de uma paisagem alienígena é na verdade uma visão de microscópio eletrônico de varredura de uma superfície de vidro de teste, adquirida como parte de um projeto para melhorar a vida útil dos relógios atômicos espaciais, encontrados no coração dos satélites de navegação. Cada característica nítida gravada em plasma vista aqui tem menos de 10 micrômetros – um centésimo de milímetro – de diâmetro.
Relógios atômicos altamente precisos dependem de mudanças entre os estados de energia da camada eletrônica de um átomo, induzidos pela luz, laser ou energia maser. Forçar os átomos a saltar de um estado de energia para outro causa a emissão de um sinal de micro-ondas associado a uma frequência extremamente estável.
Para tomar o exemplo do projeto passivo do maser de hidrogênio – servindo como relógio mestre a bordo de cada satélite Galileo, mantendo o tempo com uma precisão estimada de um segundo em três milhões de anos – um elemento-chave é o confinador de plasma de bulbo de vidro dentro do qual as moléculas de hidrogênio são dissociado em átomos. Mas a corrosão química e outras interações entre o plasma de hidrogênio e as paredes internas do vidro podem eventualmente degradar o bulbo, afetando a sustentabilidade do processo de descarga.
Esta imagem microscópica mostra os resultados, com os padrões cônicos causados pelos mecanismos de corrosão e efeitos de plasma relacionados. Foi adquirido como parte de um projeto de Elemento de Desenvolvimento de Tecnologia da ESA com a Safran (anteriormente Orolia), procurando caracterizar estes efeitos para melhorar a fiabilidade dos relógios atómicos para o espaço.
A navegação por satélite depende de cronometragem altamente precisa porque o posicionamento é calculado com base nos tempos de viagem do sinal multiplicados pela velocidade da luz.
Versões melhoradas de masers de hidrogênio passivos e relógios atômicos de rubídio de reserva foram projetadas para os novos satélites Galileo de segunda geração da Europa.
A estabilidade do tempo também é cada vez mais importante para as telecomunicações baseadas em satélite, com mudanças para frequências mais altas oferecendo taxas de dados mais altas, mas exigindo, por sua vez, sincronização de tempo precisa, para a qual relógios atômicos de tamanho menor são considerados.
