How a miniaturized atomic clock could revolutionize space exploration | Jill Seubert

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

المترجم: Aisha Abdulrazzak المدقّق: Sumaya Omar

Six months ago,

قبل ستة أشهر،

I watched with bated breath

شاهدتُ بأنفاسٍ محبوسةٍ

as NASA's InSight lander descended towards the surface of Mars.

هبوط مركبة ناسا انسايت على سطح المريخ.

Two hundred meters,

200 متر،

80 meters,

80 متر،

60, 40, 20, 17 meters.

60، 40، 20، 17 متر.

Receiving confirmation of successful touchdown

كان تلقي تأكيد نجاح الهبوط

was one of the most ecstatic moments of my life.

أحد أكثر اللحظات نشوةً في حياتي.

And hearing that news was possible because of two small cube sets

وسماع تلك الأخبار كان ممكناً بسبب مجموعتين صغيرتين من المكعبات

that went along to Mars with InSight.

التي ذهبت إلى المريخ مع انسايت.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

بثت هذه المجموعتين من المكعبات قياس انسايت عن بعد

back to Earth,

إلى الأرض،

so that we could watch in near-real time

حتى نتمكن من المشاهدة في وقت يقترب من الوقت الحقيقي

as that InSight lander went screaming towards the surface of the red planet,

انسايت وهي تطلق صريراً نحو سطح الكوكب الأحمر،

hitting the atmosphere of Mars

ليضرب الغلاف الجوي للمريخ

at a top speed of about 12,000 miles per hour.

بسرعة قصوى تبلغ حوالي 12 ألف ميل في الساعة.

Now, that event was livestreamed to us

بُث هذا الحدث مباشرةً لنا

from over 90 million miles away.

من على بُعد أكثر من 90 مليون ميل.

It was livestreamed from Mars.

كان يُبث مباشرةً من المريخ.

Meanwhile,

في نفس الوقت،

the two Voyager spacecraft --

فإن المركبتين الفضائيتين فوييجر ...

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

تعتبر هاتين المركبتين مستكشفتين باسلتين للغاية.

They were launched

تم إطلاقهما

the same year that all of us here were being introduced to Han Solo

في نفس العام الذي كنا جميعاً نتعرف فيه على هان سولو

for the first time.

للمرة الأولى.

And they are still sending back data from interstellar space

وما زالوا يرسلون بيانات من فضاء النجوم

over 40 years later.

لأكثر من 40 عاما.

We are sending more spacecraft further into deep space

نحن نرسل المزيد من المركبات الفضائية بعيداً في أعماق الفضاء

than ever before.

من أي وقت مضى.

But every one of those spacecraft out there

لكن كل مركبة فضائية هناك

depends on its navigation being performed

تعتمد على الملاحة التي تُجرى

right here at Earth

هنا على الأرض

to tell it where it is and, far more importantly,

لتخبر عن مكانها، والأهم من ذلك بكثير،

where it is going.

إلى أين تتجه.

And we have to do that navigation here on Earth for one simple reason:

ويجب علينا أن نقوم بالملاحة هنا على الأرض لسبب بسيط:

spacecraft are really bad at telling the time.

المركبة الفضائية سيئة حقا في عرض الوقت.

But if we can change that,

لكن إذا كان بإمكاننا تغيير ذلك،

we can revolutionize the way we explore deep space.

يمكننا إحداث ثورة في طريقة التي نستكشف بها الفضاء الواسع.

Now, I am a deep space navigator,

الآن، أنا ملاحة فضاء،

and I know you're probably thinking, "What is that job?"

وأعلم أنكم تفكرون، "ما طبيعة هذا العمل؟"

Well, it is an extremely unique and also very fun job.

حسنا، إنها وظيفة فريدة من نوعها وممتعة.

I steer spacecraft,

أقود المركبات الفضائية،

from the moment they separate from their launch vehicle

من لحظة انفصالها عن مركبة الإطلاق

to when they reach their destination in space.

وحتى وصولها إلى وجهتها في الفضاء.

And these destinations -- say Mars for example, or Jupiter --

وهذه الوجهات ... لنقُل المريخ على سبيل المثال أو المشتري ...

they are really far away.

بعيدة للغاية.

To put my job in context for you:

لوضع وظيفتي في السياق المناسب لكم:

it's like me standing here in Los Angeles and shooting an arrow,

كأني أقف هنا في لوس أنجلوس وأطلق سهماً،

and with that arrow, I hit a target that's the size of a quarter,

وبذاك السهم، أصبتُ هدفاً بحجم الربع،

and that target the size of a quarter is sitting in Times Square, New York.

وذاك الهدف بحجم الربع يقع في تايمز سكوير، نيويورك.

Now, I have the opportunity to adjust the course of my spacecraft

الآن، لدي الفرصة لتعديل مسار مركبتي الفضائية

a few times along that trajectory,

عدة مرات على طول المسار،

but in order to do that, I need to know where it is.

ولكن للقيام بذلك، أحتاج أن أعرف مكانها.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

وتتبع مركبة فضائية أثناء تنقلها عبر الفضاء الواسع

is fundamentally a problem of measuring time.

بحد ذاته مشكلة في قياس الوقت.

You see, I can't just pull out my ruler and measure how far away my spacecraft is.

كما ترون، لا أستطيع فقط سحب مسطرتي وقياس مدى بُعد مركبتي الفضائية.

But I can measure

ولكن يمكنني قياس

how long it takes a signal to get there and back again.

الوقت الذي تستغرقه الإشارة للوصول هناك والعودة مرة أخرى.

And the concept is exactly the same as an echo.

والفكرة تماماً كالصدى.

If I stand in front of a mountain and I shout,

إذا وقفتُ أمام جبل وصرخت،

the longer it takes for me to hear my echo back at me,

كلما استغرقتُ وقتاً أطول لسماع الصدى خلفي

the further away that mountain is.

كلما كان ذلك الجبل بعيداً.

So we measure that signal time very, very accurately,

لذا نحن نقيس وقت تلك الإشارة بدقة عالية جداً،

because getting it wrong by just a tiny fraction of a second

لأن التخمين الخاطئ بجزء بسيط من الثانية

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

قد يعني الفرق بين هبوط آمن ولطيف لمركبتك الفضائية

on the surface of another planet

على سطح كوكب آخر

or creating yet another crater on that surface.

أو حدوث فوهة أخرى على ذلك السطح.

Just a tiny fraction of a second,

مجرد جزء صغير من الثانية،

and it can be the difference between a mission's life or death.

ويمكن أن يكون الفرق بين نجاح المهمة من فشلها.

So we measure that signal time very, very accurately here on Earth,

لذا نحن نقيس وقت الإشارة بدقة بالغة جداً هنا على الأرض،

down to better than one-billionth of a second.

وصولاً إلى أفضل من جزء من المليار من الثانية.

But it has to be measured here on Earth.

ولكن يجب قياسه هنا على الأرض.

There's this great imbalance of scale when it comes to deep space exploration.

هناك عدم توازن في المقياس فيما يتعلق باستكشاف الفضاء الواسع

Historically, we have been able to send smallish things extremely far away,

تاريخياً، تمكنا من إرسال أشياء صغيرة للغاية بعيداً،

thanks to very large things here on our home planet.

بفضل أشياء كبيرة جداً موجودة هنا على كوكبنا.

As an example, this is the size of a satellite dish

ومثال على ذلك، هذا حجم طبق القمر الصناعي

that we use to talk to these spacecraft in deep space.

الذي نستخدمه للتواصل مع المركبة الفضائية في الفضاء الواسع.

And the atomic clocks that we use for navigation are also large.

والساعات الذرية التي نستخدمها للملاحة كبيرة أيضاً.

The clocks and all of their supporting hardware

الساعات وجميع الأجهزة الداعمة لها

can be up to the size of a refrigerator.

يمكن أن يصل حجمها إلى حجم ثلاجة.

Now, if we even want to talk about sending that capability into deep space,

حتى لو أردنا أن نتحدث عن إرسال تلك القدرة إلى الفضاء الواسع

that refrigerator needs to shrink down

تلك الثلاجة بحاجة إلى أن يتم تقليصها

into something that can fit inside the produce drawer.

إلى شيء يمكن أن يوضع داخل الدُرج المصنوع.

So why does this matter?

لذا لماذا هذا مهم؟

Well, let's revisit one of our intrepid explorers, Voyager 1.

حسناً، دعونا نعود مرة أخرى لإحدى المستشكفتين الباسلتين، فوييجر 1.

Voyager 1 is just over 13 billion miles away right now.

فوييجر 1 تبعد أكثر من 13 مليار ميل من هنا.

As you know, it took over 40 years to get there,

كما تعلمون، استغرق الأمر أكثر من 40 عاماً للوصول هناك،

and it takes a signal traveling at the speed of light over 40 hours

وتستغرق إشارة تنتقل بسرعة ضوء أكثر من 40 ساعة

to get there and back again.

للوصول إلى هناك والعودة مرة أخرى.

And here's the thing about these spacecraft:

وإليكم بعض المعلومات حول المركبات الفضائية:

they move really fast.

إنها تسير بسرعة كبيرة.

And Voyager 1 doesn't stop and wait for us to send directions from Earth.

وفوييجر 1 لا تتوقف وتنتظرنا لإرسال التوجيهات من الأرض.

Voyager 1 keeps moving.

فوييجر 1 تستمر في التحرك.

In that 40 hours that we are waiting

في تلك ال 40 ساعة التي كنا ننتظرها

to hear that echo signal here on the Earth,

لسماع إشارة الصدى على الأرض،

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

سارت فوييجر 1 بسرعة 1.5 مليون ميل.

It's 1.5 million miles further into largely uncharted territory.

إنها تبعد 1.5 مليون ميل في منطقة مجهولة.

So it would be great

لذا سيكون رائعاً

if we could measure that signal time directly at the spacecraft.

إن تمكنا من قياس وقت الإشارة مباشرةً في المركبة الفضائية.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

ولكن تصغير حجم تقنية الساعة الذرية هو ...

well, it's difficult.

حسناً، الأمر صعب.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

لا تحتاج تقنية الساعة والأجهزة الداعمة لها

need to shrink down,

إلى التصغير فحسب،

but you also need to make it work.

ولكن لجعلها تعمل أيضاً.

Space is an exceptionally harsh environment,

يعد الفضاء بيئة صعبة على نحو استثنائي،

and if one piece breaks on this instrument,

وإذا انكسرت قطعة واحدة على هذه الآلة،

it's not like we can just send a technician out to replace the piece

ليس من الممكن أن نقوم بإرسال فنيّ فقط لتبديل القطعة

and continue on our way.

والاستمرار في طريقنا.

The journeys that these spacecraft take can last months, years,

الرحلات التي تستغرقها المركبات الفضائية قد تستمر لأشهر، سنوات،

even decades.

أو حتى عقود.

And designing and building a precision instrument that can support that

وتصميم وبناء أداة دقيقة داعمة

is as much an art as it is a science and an engineering.

هو فن بقدر ما هو علم وهندسة.

But there is good news: we are making some amazing progress,

ولكن هناك أخبار جيدة: أننا نحقق بعض التقدم المذهل،

and we're about to take our very first baby steps

وأننا على وشك بدء أولى خطواتنا

into a new age of atomic space clocks.

لعصرٍ جديد من الساعات الفضائية الذرية.

Soon we will be launching

قريباً سنُطلق

an ion-based atomic clock that is space-suitable.

ساعة ذرية تعتمد على الأيونات ملائمة للفضاء.

And this clock has the potential to completely flip the way we navigate.

ويُمكن لهذه الساعة أن تُغير الطريقة التي نوجّه بها.

This clock is so stable,

هذه الساعة ثابتة للغاية،

it measures time so well,

يمكنها قياس الوقت بشكل جيد،

that if I put it right here and I turned it on,

إلى الحد الذي إذا وضعتها هنا وقمتُ بتشغيلها،

and I walked away,

وغادرت،

I would have to come back nine million years later

يتوجب علي العودة بعد تسعة ملايين سنة

for that clock's measurement to be off by one second.

لإيقاف قياس تلك الساعة بمقدار ثانية واحدة.

So what can we do with a clock like this?

لذا ماذا يمكننا أن نفعل بساعة كهذه؟

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

حسناً، بدلاً من أن نقوم بكل الملاحة الفضائية

here on the Earth,

هنا على الأرض،

what if we let the spacecraft navigate themselves?

ماذا لو تركنا المركبة الفضائية توجِّه نفسها؟

Onboard autonomous navigation, or a self-driving spacecraft, if you will,

يُعد التنقل المستقل، أو ذاتية قيادة في المركبة الفضائية، إن صحّ التعبير،

is one of the top technologies needed

هي واحدة من أفضل التقنيات اللازمة

if we are going to survive in deep space.

إذا أردنا البقاء على قيد الحياة في الفضاء السحيق.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

عندما نُرسل حتماً بشراً للمريخ أو حتى لأبعد من ذلك،

we need to be navigating that ship in real time,

ينبغي علينا توجيه السفينة في الوقت الفعلي،

not waiting for directions to come from Earth.

دون انتظار التوجيهات القادمة من الأرض.

And measuring that time wrong by just a tiny fraction of a second

وقياس ذلك الوقت بشكل خاطئ فقط بجزء صغير من الثانية

can mean the difference between a mission's life or death,

قد يعني الفرق بين نجاح المهمة من فشلها،

which is bad enough for a robotic mission,

وهو أمر سيىء للغاية لمهمة روبوتية،

but just think about the consequences if there was a human crew on board.

لكن فكّر فقط بالعواقب إذا كان هناك طاقم بشري على متن المركبة.

But let's assume that we can get our astronauts

لكن لنفترض أنه يمكننا إرجاع روّاد الفضاء

safely to the surface of their destination.

بأمان إلى سطح وجهتهم.

Once they're there, I imagine they'd like a way to find their way around.

وبمجرد وصولهم، أتصور أنهم يريدون طريقة لمعرفة طريقهم.

Well, with this clock technology,

حسناً، بتقنية الساعة هذه،

we can now build GPS-like navigation systems

يمكننا بناء أنظمة ملاحة مشابهة لنظام تحديد المواقع العالمي

at other planets and moons.

في الكواكب والأقمار الأخرى.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

تخيل امتلاكنا نظام تحديد المواقع العالمي على القمر أو المريخ.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

هل يمكنكم رؤية رائدة فضاء تقف على سطح المريخ

with Olympus Mons rising in the background,

مع خلفية قمة أوليمبوس مونس،

and she's looking down at her Google Maps Mars Edition

وهي تنظر إلى نسخة المريخ من خرائط غوغل

to see where she is

لترى أين هي

and to chart a course to get where she needs to go?

ولرسم مسار للوصول إلى وجهتها؟

Allow me to dream for a moment,

اسمحوا لي أن أحلم للحظة،

and let's talk about something far, far in the future,

ودعونا نتحدث عن شيء بعيد، بعيد في المستقبل،

when we are sending humans to places much further away than Mars,

عندما نرسل البشر لأماكن أبعد بكثير من المريخ،

places where waiting for a signal from the Earth in order to navigate

أماكن حيث انتظار إشارة من الأرض من أجل التنقل

is just not realistic.

أمر غير واقعي.

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

تخيل في هذا السيناريو أن يكون لنا كوكبة،

a network of communication satellites scattered throughout deep space

وشبكة اتصال أقمار صناعية منتشرة في الفضاء السحيق

broadcasting navigation signals,

تبث إشارات الملاحة،

and any spacecraft picking up that signal

وأي مركبة فضائية تلتقط تلك الإشارة

can travel from destination to destination to destination

يمكنها الانتقال من وجهة إلى وجهة إلى أخرى

with no direct tie to the Earth at all.

دون ارتباط مباشر بالأرض نهائياً.

The ability to accurately measure time in deep space

إمكانية قياس الوقت بدقة في الفضاء السحيق

can forever change the way we navigate.

يمكنها للأبد تغيير الطريقة التي نوجه بها.

But it also has the potential to give us some pretty cool science.

ولكن أيضاً لديها القدرة أن تزودنا ببعض المعلومات الرائعة.

You see, that same signal that we use for navigation

انظروا، نفس الإشارة تلك التي نستخدمها للملاحة

tells us something about where it came from

تخبرنا شيئاً حول من أين جاءت

and the journey that it took as it traveled from antenna to antenna.

والرحلة التي استغرقتها أثناء انتقالها من مكان لآخر.

And that journey, that gives us data, data to build better models,

وتلك الرحلة، التي تعطينا بيانات، بيانات لبناء نماذج أفضل،

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

نماذج أفضل للأجواء الكوكبية في كل النظام الشمسي

We can detect subsurface oceans on far-off icy moons,

يمكننا تحديد سطح المحيطات على مسافة بعيدة من أقمار جليدية بعيدة،

maybe even detect tiny ripples in space due to relativistic gravity.

وربما يمكننا تحديد موجات صغيرة في الفضاء بسبب الجاذبية النسبية.

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

فالتنقل المستقل يعني دعم المزيد من المركبات الفضائية،

more sensors to explore the universe,

المزيد من الحساسات لاستكشاف الكون،

and it also frees up navigators -- people like me --

وهو أيضاً يحرر الملاّحين... الناس أمثالي..

to work on finding the answers to other questions.

للعمل على إيجاد أجوبة لأسئلة أخرى.

And we still have a lot of questions to answer.

ولا يزال لدينا الكثير من الأسئلة للإجابة عليها.

We know such precious little about this universe around us.

نحن نعلم القليل عن هذا الكون.

In recent years, we have discovered nearly 3,000 planetary systems

في السنوات الأخيرة، اكتشفنا حوالي ثلاثة آلاف أنظمة كوكبية

outside of our own solar system,

خارج نظامنا الشمسي،

and those systems are home to almost 4,000 exoplanets.

وهذه الأنظمة هي موطن لأربعة آلاف كوكب تقريباً.

To put that number in context for you:

لوضع هذا الرقم في السياق المناسب لكم:

when I was learning about planets for the first time as a child,

عندما كنتُ طفلة أتعلم عن الكواكب لأول مرة،

there were nine,

كان هناك تسعة،

or eight if you didn't count Pluto.

أو ثمانية إذا لم تحسب بلوتو.

But now there are 4,000.

ولكن الآن هناك أربعة آلاف كوكب.

It is estimated that dark matter

تُشير التقديرات أن المادة المظلمة

makes up about 96 percent of our universe,

تُشكل حوالي 96 بالمئة من كوننا،

and we don't even know what it is.

حتى أننا لا نعلم ما هي.

All of the science returned

كل العلوم التي تَوصلنا إليها

from all of our deep space missions combined

من جميع مهماتنا في الفضاء السحيق

is just this single drop of knowledge

هي مجرد قطرة واحدة من المعرفة

in a vast ocean of questions.

في محيطٍ واسعٍ من الأسئلة.

And if we want to learn more,

وإذا أردنا تعلم المزيد،

to discover more, to understand more,

واكتشاف المزيد، وفهم المزيد،

then we need to explore more.

فعندئذٍ نحن بحاجة إلى استكشاف المزيد.

The ability to accurately keep time in deep space

القدرة على إبقاء الوقت بدقة في الفضاء السحيق

will revolutionize the way that we can explore this universe,

سيُحدث ثورة في الطريقة التي يمكننا بها استكشاف هذا الكون،

and it might just be one of the keys to unlocking some of those secrets

وقد يكون مجرد واحد من المفاتيح للكشف عن بعض الأسرار

that she holds so dear.

التي تحملها.

Thank you.

شكراً لكم.

(Applause)

(تصفيق)