來自中國上海 全世界點讚 世界首臺太空運行的冷原子鐘完成全部預定任務

　　原標題：來自中國上海，全世界點讚！世界首臺太空運行的冷原子鐘完成全部預定任務

圖説：空間冷原子鐘外形 來源/中國科學院（下同）

　　“過去20年裏，有很多人努力要把冷原子鐘送到空間，但最終，是由中國第一次展示了空間冷原子鐘的實驗！”隨天宮二號空間實驗室成功發射升空、順利進入軌道並有條不紊在軌運行近兩年的空間冷原子鐘，實現了全部預定科學目標，今天又一次吸引了全世界的目光：作為亮點文章（Highlighting）在線發表于國際重要學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上，國際同行不吝為來自中國上海的世界首臺太空運行的冷原子鐘點讚！人類時鐘的精度從此上了一個新的臺階！

　　這無疑是基於冷原子的空間量子感測器領域發展的一個重要里程碑，將目前人類在太空的時間計量精度提高1-2個數量級。2016年9月25日，天宮二號空間實驗室成功發射併入軌，由中國科學院牽頭負責的載人航天工程空間應用系統在天宮二號上開展了14項體現國際科學前沿和高技術發展方向的空間科學與應用任務，其中便包括世界首臺太空運行的冷原子鐘。在軌近兩年時間裏，冷原子鐘運行正常、狀態良好、性能穩定，完成了全部既定在軌測試任務，成功驗證了在空間環境下高性能冷原子鐘的運行機制與特性，同時實現了天穩7.2×10-16的超高精度，為空間超高精度時間頻率基準的重大需求以及未來空間基礎物理前沿研究奠定了堅實的科學與技術基礎。

圖説：空間冷原子鐘功能結構與工作原理圖

　　科普一下，所謂“原子鐘”，是人類目前最精準的計時工具，通過稱重測量原子特性的方式來計時，計時精度較普通石英鐘錶高5個數量級以上；而“冷原子鐘”更是原子鐘中的精度翹楚，這類高精度時鐘把原子某兩個能級之間的躍遷信號作為參考頻率輸出信號，利用鐳射，冷原子鐘能把原子溫度降至絕對零度附近，將原子能級躍遷頻率受到的外界干擾減至更小，從而實現更高精度。

　　“空間冷原子鐘”，顧名思義，就是在空間軌道環境下運行的冷原子鐘。到了太空的微重力環境，高精度原子鐘的運行更有一番重要意義，它不僅可以對基本物理原理開展驗證實驗，也可發展更高精度的導航定位系統。但是，在太空穩定運行一台精密的空間冷原子鐘，是非常困難的。要知道，空間環境錯綜複雜，存在地球輻射帶等諸多干擾，長期自主運行空間冷原子鐘是一項極具挑戰性的任務。

圖説：空間冷原子鍾太空運行概覽圖

　　在載人航天工程總體領導下，在空間科學與應用總體部（中國科學院空間應用工程與技術中心）支持下，中國科學院上海光機所承擔了天宮二號空間冷原子鐘載荷分系統的研製工作，經過十餘年的攻關，突破了微重力環境下運行的冷原子鐘物理系統、長期自主運行的冷原子製備與操控鐳射光學系統、銣原子鐘超低噪聲微波頻率源等一系列關鍵技術。在空間微重力環境中，科學家們利用鐳射把銣原子溫度降低到接近絕對零度，並利用鐳射和高精度微波場，在將外界干擾減至最小的條件下對製備的冷原子進行操縱和探測，從而提取出銣原子高穩定的能級躍遷頻率作為高精度原子鐘信號。這是國際上首次實現冷原子鐘的在軌穩定運行。

　　這種能在空間環境下可靠運行的高精度原子鐘，應用於導航定位系統將會提升系統自主運行能力、提高導航定位精度。而在基礎物理研究方面，空間冷原子鐘對推進基本物理常數測量、廣義相對論驗證等精密測物理的發展具有重要意義。此外，空間冷原子鐘相關技術還可應用於空間量子感測器等多個領域。

　　國際同行紛紛高度評價了這一成果：“這是一項驚人的技術成就”；“該工作是空間冷原子實驗研究的一個重要的里程碑”；“在太空中進行冷原子實驗是當前最有吸引力的前沿方向，利用該項技術使原子鐘等相關應用水準得到很大提高，正是由於中國的重要貢獻，完成了世界上第一個這樣的實驗……”；“隨著實驗的成功，中國在天基冷原子感測器的研究走在了世界的最前沿”。