Quella che sembra una ripresa aerea di un paesaggio alieno è in realtà una visione al microscopio elettronico a scansione di una superficie di vetro di prova, acquisita come parte di un progetto per migliorare la durata degli orologi atomici spaziali, che si trovano nel cuore dei satelliti di navigazione. Ogni elemento tagliente inciso al plasma visto qui è più piccolo di 10 micrometri, un centesimo di millimetro.
Gli orologi atomici altamente accurati si basano sugli scambi tra gli stati energetici del guscio elettronico di un atomo, indotti dall'energia della luce, del laser o del maser. Costringere gli atomi a passare da uno stato energetico all'altro provoca l'emissione di un segnale a microonde associato a una frequenza estremamente stabile.
Per prendere l’esempio del progetto del maser passivo all’idrogeno – che funge da orologio principale a bordo di ciascun satellite Galileo, mantenendo il tempo con una precisione stimata di un secondo in tre milioni di anni – un elemento chiave è il confine del plasma a bulbo di vetro all’interno del quale le molecole di idrogeno sono dissociato in atomi. Ma l'attacco chimico e altre interazioni tra il plasma di idrogeno e le pareti interne di vetro possono eventualmente degradare il bulbo, influenzando la sostenibilità del processo di scarica.
Questa immagine microscopica mostra i risultati, con i modelli conici causati dai meccanismi di attacco e dai relativi effetti del plasma. È stato acquisito come parte di un progetto Technology Development Element dell'ESA con Safran (ex Orolia), cercando di caratterizzare questi effetti per migliorare l'affidabilità degli orologi atomici per lo spazio.
La navigazione satellitare si basa su un cronometraggio altamente preciso perché il posizionamento viene calcolato in base ai tempi di percorrenza del segnale moltiplicati per la velocità della luce.
Versioni migliorate del maser passivo all'idrogeno e degli orologi atomici al rubidio di riserva sono stati progettati per i nuovi satelliti europei Galileo di seconda generazione.
La stabilità temporale è sempre più importante anche per le telecomunicazioni satellitari, con il passaggio a frequenze più elevate che offrono velocità di dati più elevate ma richiedono a loro volta una sincronizzazione temporale accurata, per la quale sono presi in considerazione orologi atomici di dimensioni di chip più piccoli.
Fornito dall'Agenzia spaziale europea
