Innovation: पृथ्वी पर, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आपकी कलाई घड़ी कुछ सेकंड धीमी चलती है। लेकिन अंतरिक्ष यान के महत्वपूर्ण कार्यों के लिए एक सेकंड के एक अरबवें हिस्से या उससे भी कम (One Billionth of A Second or Less) की सटीकता की आवश्यकता होती है।
उदाहरण के लिए, GPS के साथ नेविगेट करना, सटीक समय संकेतों पर निर्भर करता है जो उपग्रहों से सटीक स्थानों पर पहुँचते हैं।
मैरीलैंड के ग्रीनबेल्ट में NASA के गोडार्ड स्पेस फ़्लाइट सेंटर (Goddard Space Flight Center) की तीन टीमें अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए समय-पालन को सटीकता के नए स्तरों पर ले जाने के लिए काम कर रही हैं।
एक टीम आवश्यक अंतरिक्ष यान संचार और नेविगेशन में सहायता के लिए अत्यधिक सटीक क्वांटम घड़ी सिंक्रनाइज़ेशन (Highly Precise Quantum Clock Synchronization) तकनीक विकसित करती है।
एक अन्य गोडार्ड टीम अंतरिक्ष-आधारित प्लेटफ़ॉर्म में घड़ी सिंक्रनाइज़ेशन की तकनीक को नियोजित (Employ Clock Synchronization Technique in Space Based Platforms) करने के लिए काम कर रही है ताकि दूरबीनों को एक विशाल वेधशाला के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाया जा सके।
तीसरी टीम स्ट्रोंटियम, एक धातु रासायनिक तत्व (Strontium, A metallic chemical element) पर आधारित अंतरिक्ष यान के लिए एक परमाणु घड़ी (Atomic Clock) विकसित कर रही है, ताकि वर्तमान तकनीक से संभव नहीं होने वाले वैज्ञानिक अवलोकनों को सक्षम बनाया जा सके।
बढ़ती सटीकता की आवश्यकता के कारण NASA गोडार्ड की ये टीमें, केंद्र के आंतरिक अनुसंधान और विकास कार्यक्रम द्वारा समर्थित, क्वांटम और ऑप्टिकल संचार (Quantum and Optical Communications) जैसी नवीन तकनीकों के साथ घड़ी की सटीकता और सिंक्रनाइज़ेशन को बेहतर बनाती हैं।
नासा गोडार्ड के शोधकर्ता एलेजांद्रो रोड्रिगेज पेरेज ने कहा, “समाज को पावर ग्रिड प्रबंधन, स्टॉक मार्केट ओपनिंग, वित्तीय लेनदेन और बहुत कुछ जैसे कई महत्वपूर्ण कार्यों के लिए घड़ी के समन्वय की आवश्यकता होती है।” “नासा अंतरिक्ष यान की स्थिति निर्धारित करने और नेविगेशन पैरामीटर सेट करने के लिए घड़ी के समन्वय का उपयोग करता है।”
यदि आप दो घड़ियों को एक पंक्ति में रखते हैं और उन्हें एक साथ सिंक करते हैं, तो आप उम्मीद कर सकते हैं कि वे हमेशा एक ही दर पर टिकेंगे। वास्तव में, जितना अधिक समय बीतता है, घड़ियाँ उतनी ही अधिक सिंक से बाहर हो जाती हैं, खासकर यदि वे घड़ियाँ अंतरिक्ष यान पर हों जो प्रति घंटे दसियों हज़ार मील की गति से यात्रा कर रहे हों। रोड्रिगेज पेरेज क्वांटम तकनीक का उपयोग करके ऐसी घड़ियों को ठीक से सिंक करने और उन्हें सिंक रखने का एक नया तरीका विकसित करना चाहते हैं।
क्वांटम भौतिकी (Quantum Physics) में, दो कण तब उलझे हुए होते हैं जब वे एक ही वस्तु की तरह व्यवहार करते हैं और एक साथ दो अवस्थाओं पर कब्जा कर लेते हैं। घड़ियों के लिए, उलझे हुए फोटॉनों पर क्वांटम प्रोटोकॉल (Quantum Protocols to Entangled Photons) लागू करने से लंबी दूरी पर घड़ियों को सिंक करने का एक सटीक और सुरक्षित तरीका मिल सकता है।
सिंक्रोनाइज़ेशन प्रोटोकॉल (Synchronization Protocol) के दिल को सहज पैरामीट्रिक डाउन कन्वर्जन (Spontaneous Parametric Down Conversion) कहा जाता है, जो तब होता है जब एक फोटॉन अलग हो जाता है और दो नए फोटॉन बनते हैं। दो डिटेक्टर प्रत्येक विश्लेषण करेंगे कि नए फोटॉन कब दिखाई देते हैं, और डिवाइस दो फोटॉनों के बीच समय में ऑफसेट निर्धारित करने के लिए गणितीय फ़ंक्शन लागू करेंगे, इस प्रकार घड़ियों को सिंक्रोनाइज़ करेंगे।
जबकि वर्तमान में घड़ी का सिंक्रनाइज़ेशन GPS का उपयोग करके किया जाता है, यह प्रोटोकॉल उन स्थानों पर घड़ियों को सटीक रूप से सिंक्रनाइज़ करना संभव बना सकता है जहाँ GPS की पहुँच सीमित है, जैसे कि चंद्रमा या गहरा अंतरिक्ष।
जब खगोल विज्ञान (Astronomy) की बात आती है, तो सामान्य नियम यह है कि दूरबीन जितनी बड़ी होगी, उसकी छवि उतनी ही बेहतर होगी।
नासा गोडार्ड के एक ऑप्टिकल भौतिक विज्ञानी (Optical Physicist) गुआन यांग ने कहा, “यदि हम काल्पनिक रूप से पृथ्वी जितनी बड़ी दूरबीन रख सकते हैं, तो हमारे पास अंतरिक्ष की अविश्वसनीय रूप से उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियाँ होंगी, लेकिन यह स्पष्ट रूप से व्यावहारिक नहीं है।” “हालाँकि, हम जो कर सकते हैं, वह यह है कि विभिन्न स्थानों पर कई दूरबीनें हों और प्रत्येक दूरबीन उच्च समय परिशुद्धता के साथ संकेत रिकॉर्ड करे। फिर हम उनके अवलोकनों को एक साथ जोड़ सकते हैं और एक अल्ट्रा-हाई-रिज़ॉल्यूशन छवि बना सकते हैं।”
एक बड़ी दूरबीन की शक्ति को प्रभावित करने के लिए छोटी दूरबीनों के नेटवर्क के अवलोकनों को एक साथ जोड़ने के विचार को बहुत लंबी बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री (Baseline Interferometry) या वीएलबीआई कहा जाता है।
वीएलबीआई को अपने भागों के योग से अधिक संपूर्ण बनाने के लिए, दूरबीनों को उच्च-परिशुद्धता वाली घड़ियों की आवश्यकता होती है। दूरबीनें डेटा को रिकॉर्ड करने के समय, के साथ-साथ डेटा रिकॉर्ड करती हैं। उच्च-शक्ति वाले कंप्यूटर सभी डेटा को एक साथ एक पूर्ण अवलोकन में जोड़ते हैं, जिसमें किसी भी दूरबीन द्वारा अकेले प्राप्त की जा सकने वाली तुलना में अधिक विवरण होता है।
इस तकनीक ने इवेंट होराइजन टेलीस्कोप के वेधशालाओं के नेटवर्क (Event Horizon Telescope’s network of Observatories) को हमारी आकाशगंगा के केंद्र में एक ब्लैक होल की पहली छवि बनाने की अनुमति दी।
यांग की टीम एक घड़ी तकनीक विकसित कर रही है जो पृथ्वी से तकनीक को अंतरिक्ष में ले जाने वाले मिशनों के लिए उपयोगी हो सकती है जो कई और खोजों को खोल सकती है।
अंतरिक्ष यान नेविगेशन सिस्टम वर्तमान में सबसे सटीक समय प्राप्त करने के लिए ऑनबोर्ड परमाणु घड़ियों पर निर्भर करते हैं। नासा गोडार्ड में एक भौतिक विज्ञानी होली लियोपार्डी ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों पर शोध कर रही हैं, जो परमाणु घड़ी का एक अधिक सटीक प्रकार है। जबकि ऑप्टिकल परमाणु घड़ियाँ प्रयोगशाला सेटिंग्स में मौजूद हैं, लियोपार्डी और उनकी टीम एक अंतरिक्ष यान-तैयार संस्करण विकसित करना चाहती है जो अधिक सटीकता प्रदान करेगी। टीम OASIC पर काम करती है, जिसका अर्थ है ऑप्टिकल एटॉमिक स्ट्रोंटियम आयन क्लॉक (Optical Atomic Strontium Ion Clock), वर्तमान अंतरिक्ष यान माइक्रोवेव आवृत्तियों का उपयोग करते हैं, जबकि OASIC ऑप्टिकल आवृत्तियों का उपयोग करता है।
“ऑप्टिकल आवृत्तियाँ माइक्रोवेव आवृत्तियों की तुलना में बहुत तेज़ी से दोलन करती (Optical frequencies oscillate much faster than Microwave frequencies) हैं, इसलिए हम गणनाओं का बहुत बेहतर समाधान और अधिक सटीक समय-निर्धारण कर सकते हैं,” लेपार्डी ने कहा।
OASIC तकनीक अंतरिक्ष यान परमाणु घड़ियों में पहले की अत्याधुनिक तकनीक की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक सटीक है। बढ़ी हुई सटीकता नए प्रकार के विज्ञान को सक्षम कर सकती है जो पहले संभव नहीं थे।
“जब आप इन अति-उच्च परिशुद्धता घड़ियों का उपयोग करते हैं, तो आप अंतरिक्ष में होने वाले मौलिक भौतिकी परिवर्तनों को देखना शुरू कर सकते हैं,” लेपार्डी ने कहा, “और इससे हमें हमारे ब्रह्मांड के तंत्र को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिल सकती है।”
इन टीमों द्वारा अनलॉक की गई समय-निर्धारण तकनीकें (Timekeeping Technologies) हमारे सौर मंडल और उससे परे नई खोजों को सक्षम कर सकती हैं।