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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Übersetzung: Ninja Katja Horr Lektorat: Sonja Maria Neef

Six months ago,

Vor sechs Monaten

I watched with bated breath

sah ich mit angehaltenem Atem zu,

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

wie NASAs InSight Landemodul, auf die Marsoberfläche herabstieg.

Two hundred meters,

200 Meter,

80 meters,

80 Meter,

60, 40, 20, 17 meters.

60, 40, 20, 17 Meter.

Receiving confirmation of successful touchdown

Die Nachricht einer erfolgreichen Landung,

was one of the most ecstatic moments of my life.

war einer der fantastischsten Momente meines Lebens.

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

Und diese Nachricht zu hören war nur möglich,

durch zwei Würfel, die bei der Reise zum Mars dabei waren.

that went along to Mars with InSight.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

Diese beiden Würfel, sendeten InSights Messwerte live

back to Earth,

zurück an die Erde,

so that we could watch in near-real time

sodass wir in beinahe Echtzeit beobachten konnten

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

wie das InSight Landemodul, auf den roten Planeten zusteuerte.

hitting the atmosphere of Mars

Es erreichte die Marsatmosphäre

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

mit einer Höchstgeschwindigkeit

von etwa 19.000 Stundenkilometern.

Now, that event was livestreamed to us

Dieses Ereignis wurde für uns live übertragen.

from over 90 million miles away.

Aus einer Distanz von über 140 Millionen Kilometern.

It was livestreamed from Mars.

Es wurde vom Mars aus live übertragen.

Meanwhile,

Und dann gibt es noch

the two Voyager spacecraft --

diese beiden Voyager Raumsonden --

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

das sind diese beiden fast unglaublich furchtlosen Erkunder.

They were launched

Sie wurden im selben Jahr gestartet,

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

in dem wir alle Han Solo kennenlernten.

for the first time.

And they are still sending back data from interstellar space

Und sie senden immer noch Daten aus dem Weltraum

und das nach über 40 Jahren

over 40 years later.

We are sending more spacecraft further into deep space

Wir senden mehr Raumsonden, tiefer in den Weltraum,

than ever before.

als jemals zuvor.

But every one of those spacecraft out there

Aber jede dieser Raumsonden da draußen,

depends on its navigation being performed

muss direkt hier von der Erde aus gesteuert werden.

right here at Earth

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

Nur so weiß die Sonde, wo sie ist, und noch wichtiger,

where it is going.

wo sie hin muss.

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

Die Navigation muss hier auf der Erde erfolgen.

Das hat einen einfachen Grund:

spacecraft are really bad at telling the time.

Raumsonden können nur sehr schlecht die Zeit messen.

But if we can change that,

Aber, wenn wir das ändern können,

we can revolutionize the way we explore deep space.

wird es unsere Art, den Weltraum zu erkunden, revolutionieren.

Now, I am a deep space navigator,

Ich bin Weltraumnavigatorin.

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

Jetzt denken Sie wahrscheinlich: "Was ist das denn für ein Job?"

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

Nun ja, es ist ein einzigartiger Job, der viel Spaß macht.

I steer spacecraft,

Ich steuere Raumsonden,

from the moment they separate from their launch vehicle

vom Moment, in dem sie sich von der Trägerrakete trennen

to when they reach their destination in space.

bis zu ihrem Ziel im Weltraum.

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

Und diese Ziele -- zum Beispiel Mars, oder Jupiter,

they are really far away.

sind richtig weit weg.

To put my job in context for you:

Um Ihnen meinen Beruf zu veranschaulichen:

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

Es ist als würde ich hier in Los Angeles einen Pfeil abschießen,

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

mit dem ich eine münzgroße Zielscheibe treffe.

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

Und diese Zielscheibe steht auf dem Times Square, in New York.

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

Ich habe die Möglichkeit, die Richtung meiner Sonde,

a few times along that trajectory,

während der Reise ein paar Mal anzupassen.

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

Aber um das zu tun, muss ich wissen, wo sie ist.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

Und die Frage, wie ich eine Sonde im Weltraum nachverfolge,

is fundamentally a problem of measuring time.

ist im Grunde, eine Frage der Zeit.

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

Ich kann ja nicht einfach mit dem Lineal messen,

wie weit meine Sonde entfernt ist.

But I can measure

Aber ich kann messen,

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

wie lange es dauert bis ein Signal hin- und zurückkommt.

And the concept is exactly the same as an echo.

Es ist das gleiche Prinzip wie beim Echo.

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

Wenn ich vor einem Berg stehe, und etwas rufe,

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

dauert es umso länger bis mein Echo zurückkommt,

the further away that mountain is.

je nachdem, wie weit der Berg entfernt ist.

So we measure that signal time very, very accurately,

Wir messen diese Signalzeit sehr, sehr genau.

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

Denn ein Rechenfehler um den Bruchteil einer Sekunde,

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

könnte aus einer sicheren Landung

auf der Oberfläche eines anderen Planeten

on the surface of another planet

or creating yet another crater on that surface.

einen weiteren Krater auf dieser Oberfläche machen.

Just a tiny fraction of a second,

Nur ein Bruchteil einer Sekunde,

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

kann über Erfolg oder Scheitern einer Mission entscheiden.

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

Auf der Erde können wir Signalzeit sehr sehr genau messen,

down to better than one-billionth of a second.

auf eine milliardstel Sekunde genau.

But it has to be measured here on Earth.

Aber sie muss hier auf der Erde gemessen werden.

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

Es gibt diese Ungleichverteilung von Größenordnungen

in der Weltraumerkundung.

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

Um kleinere Dinge extrem weit wegzusenden,

brauchen wir sehr große Dinge auf unserem Heimatplaneten.

thanks to very large things here on our home planet.

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

Das ist zum Beispiel, die Größe einer Satellitenschüssel,

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

über die wir mit den Raumsonden im Weltraum kommunizieren.

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

Und die atomischen Uhren, die wir für die Navigation nutzen,

sind auch groß.

The clocks and all of their supporting hardware

Eine Uhr mit all ihrer Apparatur,

can be up to the size of a refrigerator.

kann so groß wie ein Kühlschrank sein.

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

Wenn wir mit dem Gedanken spielen,

diese Technik in den Weltraum zu senden,

that refrigerator needs to shrink down

muss dieser Kühlschrank so sehr verkleinert werden,

into something that can fit inside the produce drawer.

dass er ins Gemüsefach passt.

So why does this matter?

Aber warum ist das wichtig?

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

Denken wir an einen unserer furchtlosen Erkunder, Voyager 1.

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

Voyager 1 ist zur Zeit etwa 21 Milliarden Kilometer entfernt.

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

Wie Sie wissen, hat er dafür etwa 40 Jahre gebraucht,

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

und für ein Signal mit Lichtgeschwindigkeit

dauert es über 40 Stunden,

to get there and back again.

um hin und wieder zurückzukommen.

And here's the thing about these spacecraft:

Und das Problem bei diesen Raumsonden ist:

they move really fast.

Sie bewegen sich sehr schnell vorwärts.

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

Voyager 1 hält nicht an und wartet,

bis wir ihm von der Erde aus die Richtung sagen.

Voyager 1 keeps moving.

Voyager 1 bewegt sich weiter.

In that 40 hours that we are waiting

Also hat er sich in den 40 Stunden,

to hear that echo signal here on the Earth,

die wir warten, um das Echo auf der Erde zu hören,

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

2,4 Millionen Kilometer weiter bewegt.

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

Das sind 2,4 Millionen Kilometer in unbekanntes Gebiet.

So it would be great

Deshalb wäre es toll,

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

wenn wir die Signalzeit direkt in der Raumsonde messen könnten.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

Aber die atomische Uhr zu verkleinern,

well, it's difficult.

ist nicht so einfach.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

Nicht nur müssen wir die Uhr und seine Apparatur verkleinern,

need to shrink down,

but you also need to make it work.

sie muss danach auch noch funktionieren.

Space is an exceptionally harsh environment,

Der Weltraum ist eine unglaublich harsche Umgebung,

und wenn an diesem Instrument ein Teil kaputt geht,

and if one piece breaks on this instrument,

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

können wir nicht einfach einen Techniker vorbeischicken,

der es austauscht

and continue on our way.

und dann weiterfahren.

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

Die Reise dieser Raumsonden kann Monate, Jahre,

even decades.

sogar Jahrzehnte dauern.

And designing and building a precision instrument that can support that

Und ein geeignetes Präzisionsinstrument zu entwerfen,

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

ist ebenso Kunst, wie Wissenschaft und Handwerk.

Aber es gibt gute Nachrichten:

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

Wir machen erstaunliche Fortschritte.

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

Wir sind gerade dabei, die ersten Schritte,

into a new age of atomic space clocks.

in ein neues Zeitalter von Atomuhren im Weltraum zu gehen.

Soon we will be launching

Bald schicken wir eine ionen- basierte atomare Uhr los,

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

die geeignet für den Weltraum ist.

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

Diese Uhr könnte unsere Art zu navigieren komplett verändern.

This clock is so stable,

Die Uhr ist so stabil,

it measures time so well,

sie misst die Zeit so gut,

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

dass, wenn ich sie jetzt hier hinlege und weglaufe,

and I walked away,

I would have to come back nine million years later

dann müsste ich in mehr als neun Millionen Jahren zurückkommen,

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

dass sie um eine Sekunde falsch geht.

So what can we do with a clock like this?

Also, was können wir mit so einer Uhr machen?

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

Nun ja, statt die Navigation der Raumsonde

here on the Earth,

von der Erde aus zu machen,

what if we let the spacecraft navigate themselves?

sollte die Sonde sich nicht selbst navigieren?

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

Autonome Navigation, also selbstfahrende Raumfahrzeuge,

is one of the top technologies needed

ist eine der wichtigsten Technologien,

if we are going to survive in deep space.

die wir brauchen, um im Weltraum zu überleben.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

Wenn wir irgendwann Menschen auf den Mars oder weiter senden,

we need to be navigating that ship in real time,

muss das Raumschiff in Echtzeit navigiert werden,

not waiting for directions to come from Earth.

statt auf Richtungsanweisungen auf der Erde zu warten.

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

Wenn die Messung auch nur den Bruchteil einer Sekunde falsch ist,

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

kann das über Erfolg oder Scheitern der Mission entscheiden.

which is bad enough for a robotic mission,

Das ist schlimm genug für eine Robotermission,

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

aber stellen Sie sich die Konsequenzen vor,

wenn wir eine menschliche Besatzung haben.

But let's assume that we can get our astronauts

Aber nehmen wir an, unsere Astronauten

safely to the surface of their destination.

erreichen sicher die Planetenoberfläche

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

Wenn Sie mal da sind, müssen sie sich zurechtfinden.

Well, with this clock technology,

Nun, mit dieser Uhr,

we can now build GPS-like navigation systems

können wir jetzt ein GPS-artiges Navigationssystem

at other planets and moons.

auf anderen Planeten und Monden entwickeln.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

Stellen Sie sich vor, auf dem Mond oder Mars ein GPS zu haben.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

Stellen Sie sich eine Astronautin auf der Marsoberfläche vor,

with Olympus Mons rising in the background,

im Hintergrund Olympus Mons,

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

und sie schaut runter auf die Mars Edition von Google Maps,

to see where she is

um zu sehen, wo sie ist,

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

und den Weg zu ihrem Ziel zu planen.

Lassen Sie mich ein bisschen träumen

Allow me to dream for a moment,

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

und über die ganz weit entfernte Zukunft sprechen,

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

wo wir Menschen an Orte viel weiter weg als Mars senden,

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

Orte, an denen es einfach nicht realistisch ist,

zur Navigation auf ein Signal von der Erde zu warten.

is just not realistic.

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

Stellen Sie sich vor, wie wir in diesem Szenario

a network of communication satellites scattered throughout deep space

eine Ansammlung, ein Netzwerk aus Satelliten im Weltraum haben,

broadcasting navigation signals,

die Navigationssignale senden,

and any spacecraft picking up that signal

und jedes Raumfahrzeug, das das Signal empfängt,

can travel from destination to destination to destination

kann von einem zum nächsten Ziel reisen,

with no direct tie to the Earth at all.

ohne direkte Verbindung zur Erde.

The ability to accurately measure time in deep space

Die Fähigkeit im Weltraum akkurat die Zeit zu messen,

can forever change the way we navigate.

kann für immer verändern, wie wir navigieren.

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

Aber sie kann auch richtig coole Forschung hervorbringen.

You see, that same signal that we use for navigation

Sehen Sie, das gleiche Signal, mit dem wir navigieren,

tells us something about where it came from

sagt uns etwas darüber, wo es herkommt,

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

und über seine Reise von Antenne zu Antenne.

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

Und diese Reise gibt uns Daten, um bessere Modelle zu entwickeln,

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

Modelle der Atmosphäre von Planeten unseres Sonnensystems.

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

Wir können unterirdische Ozeane

auf weit entfernten vereisten Monden entdecken.

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

Vielleicht sogar winzige Gravitationswellen.

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

Autonome Navigation macht mehr Raumfahrzeuge möglich,

more sensors to explore the universe,

mehr Sensoren, um das Universum zu erkunden,

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

und gibt auch Navigatoren -- Leuten wie mir --

to work on finding the answers to other questions.

mehr Zeit um die Antworten auf andere Fragen zu finden.

And we still have a lot of questions to answer.

Und es gibt noch viele Fragen zu beantworten.

We know such precious little about this universe around us.

Wir wissen so wenig über das Universum um uns herum.

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

In den letzten Jahren, haben wir über 3000 Planetensysteme

outside of our own solar system,

außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt.

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

Und diese Systeme beherbergen fast 4000 Exoplaneten.

To put that number in context for you:

Um diese Zahl zu veranschaulichen:

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

Als ich als Kind zum ersten Mal über Planeten lernte,

there were nine,

gab es neun davon,

oder acht, wenn wir Pluto nicht dazuzählen.

or eight if you didn't count Pluto.

But now there are 4,000.

Jetzt gibt es 4000.

It is estimated that dark matter

Schätzungsweise macht dunkle Materie

makes up about 96 percent of our universe,

etwa 96 Prozent unseres Universum aus,

and we don't even know what it is.

und wir wissen noch nicht einmal, was es ist.

All of the science returned

All die Erkenntnisse,

from all of our deep space missions combined

die wir aus all unseren Weltraumissionen gewannen,

is just this single drop of knowledge

sind nur ein einziger Tropfen Wissen

in a vast ocean of questions.

in einem weiten Ozean aus Fragen.

And if we want to learn more,

Und, wenn wir mehr lernen wollen,

to discover more, to understand more,

mehr entdecken wollen, mehr verstehen wollen,

then we need to explore more.

dann müssen wir mehr erkunden.

The ability to accurately keep time in deep space

Die Fähigkeit, im Weltraum akkurat die Zeit zu messen,

will revolutionize the way that we can explore this universe,

wird unsere Erkundung des Universums revolutionieren.

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

Sie könnte einer der Schlüssel sein,

um die Geheimnisse, die sich in seiner Tiefe verbergen, zu lüften.

that she holds so dear.

Thank you.

Danke.

(Applause)

(Applaus).