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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Μετάφραση: Joseph Geni Επιμέλεια: Vaia Katsarou

Πριν από έξι μήνες,

παρακολουθούσα με κομμένη την ανάσα

τον προσεδαφιστή InSight της NASA να κατεβαίνει προς την επιφάνεια του Άρη.

Six months ago,

200 μέτρα,

I watched with bated breath

80 μέτρα,

60, 40, 20, 17 μέτρα.

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

Η στιγμή που έλαβα την επιβεβαίωση της επιτυχούς προσεδάφισης,

Two hundred meters,

80 meters,

ήταν μία από τις πιο εκστατικές της ζωής μου.

60, 40, 20, 17 meters.

Η μετάδοση αυτής της πληροφορίας έγινε δυνατή χάρη σε δύο μικρά σετ κύβων,

Receiving confirmation of successful touchdown

was one of the most ecstatic moments of my life.

τα οποία ταξίδεψαν στον Άρη μαζί με τον Insight.

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

Αυτοί οι κύβοι μετέδιδαν ζωντανά τα τηλεμετρικά δεδομένα του Insight

that went along to Mars with InSight.

πίσω στη Γη,

ώστε να μπορούμε να παρακολουθήσουμε, σχεδόν σε πραγματικό χρόνο,

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

την πορεία του προσεδαφιστή προς την επιφάνεια του κόκκινου πλανήτη.

back to Earth,

Έμπαινε στην ατμόσφαιρά του

so that we could watch in near-real time

με μέγιστη ταχύτητα, περίπου, 19.400 χιλιόμετρα την ώρα.

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

Το γεγονός αυτό μεταδιδόταν σε εμάς ζωντανά

hitting the atmosphere of Mars

από 145 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά.

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

Μεταδιδόταν ζωντανά από τον Άρη.

Now, that event was livestreamed to us

from over 90 million miles away.

Στο μεταξύ,

τα δύο διαστημόπλοια Voyager,

αυτοί οι δύο απίστευτα ατρόμητοι εξερευνητές

It was livestreamed from Mars.

Meanwhile,

που εκτοξεύθηκαν

την ίδια χρονιά που όλοι εδώ μαθαίναμε τον Χαν Σόλο

the two Voyager spacecraft --

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

για πρώτη φορά,

μας στέλνουν, ακόμα, δεδομένα από το διαστρικό τους ταξίδι,

They were launched

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

πάνω από 40 χρόνια τώρα.

for the first time.

Στέλνουμε περισσότερα διαστημικά οχήματα όλο και πιο μακριά στο βαθύ διάστημα

And they are still sending back data from interstellar space

από ποτέ άλλοτε.

over 40 years later.

Η πλοήγηση κάθε ενός από τα αυτά τα οχήματα

We are sending more spacecraft further into deep space

εξαρτάταται και εκτελείται

από, εδώ, τη Γη,

than ever before.

για να τους πούμε πού βρίσκονται

But every one of those spacecraft out there

και, κυρίως, πού πηγαίνουν.

depends on its navigation being performed

Πρέπει να εκτελέσουμε την πλοήγηση εδώ στη Γη για έναν απλό λόγο:

right here at Earth

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

τα διαστημικά σκάφη δεν μπορούν να μετρήσουν την ώρα.

where it is going.

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

Αν μπορούσαμε να το αλλάξουμε αυτό,

θα φέρναμε επανάσταση στον τρόπο που εξερευνούμε το βαθύ διάστημα.

spacecraft are really bad at telling the time.

Είμαι πλοηγός του βαθέος διαστήματος.

But if we can change that,

Ξέρω ότι σκέφτεστε: «τι δουλειά είναι αυτή;»

we can revolutionize the way we explore deep space.

Λοιπόν, είναι μία εξαιρετικά μοναδική και πολύ διασκεδαστική δουλειά.

Now, I am a deep space navigator,

Κατευθύνω διαστημικά οχήματα,

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

από τη στιγμή που αποχωρίζονται από το όχημα εκτόξευσης

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

μέχρι να φθάσουν στον προορισμό τους στο διάστημα.

Οι προορισμοί αυτοί, για παράδειγμα ο Άρης ή ο Δίας,

I steer spacecraft,

from the moment they separate from their launch vehicle

είναι πάρα πολύ μακριά.

Επιτρέψτε μου να σας δώσω το πλαίσιο της δουλειάς μου:

to when they reach their destination in space.

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

είναι σαν να στέκομαι εδώ, στο Λος Άντζελες, να ρίχνω ένα βέλος

they are really far away.

και να πετυχαίνω έναν στόχο μεγέθους ενός νομίσματος των 25 σεντς

To put my job in context for you:

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

στην Τάιμς Σκουέρ, στη Νέα Υόρκη.

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

Έχω, βέβαια, τη δυνατότητα να προσαρμόσω την πορεία του σκάφους

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

αρκετές φορές όσο βρίσκεται σε τροχιά,

αλλά για να το κάνω αυτό θα πρέπει να ξέρω πού βρίσκεται.

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

Ο εντοπισμός ενός σκάφους καθώς ταξιδεύει στο βαθύ διάστημα

a few times along that trajectory,

είναι, ουσιαστικά, πρόβλημα μέτρησης του χρόνου.

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

Βλέπετε, δεν μπορώ να υπολογίσω πόσο μακριά είναι το σκάφος με τον χάρακα.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

Αλλά μπορώ να υπολογίσω

is fundamentally a problem of measuring time.

πόση ώρα χρειάζεται ένα σήμα να φτάσει εκεί και να επιστρέψει.

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

Η ιδέα είναι η ίδια, όπως συμβαίνει με την ηχώ.

But I can measure

Αν σταθώ μπροστά από ένα βουνό και φωνάξω,

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

όσο περισσότερο χρειαστεί η ηχώ μου να φθάσει πίσω σ’ εμένα,

And the concept is exactly the same as an echo.

τόσο πιο μακριά είναι το βουνό.

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

Πρέπει να μετρούμε τον χρόνο του σήματος με πολύ μεγάλη ακρίβεια,

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

γιατί η απόκλιση, έστω και κατά κλάσμα του δευτερολέπτου,

the further away that mountain is.

So we measure that signal time very, very accurately,

θα σήμαινε είτε την ασφαλή και ομαλή προσεδάφιση ενός σκάφους

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

στην επιφάνεια ενός πλανήτη,

είτε τη δημιουργία ενός επιπλέον κρατήρα στην επιφάνειά του.

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

Ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου

μπορεί να κάνει τη διαφορά ανάμεσα

on the surface of another planet

στη συνέχιση ή το τέλος μιας αποστολής.

or creating yet another crater on that surface.

Οπότε μετρούμε τον χρόνο του σήματος με τεράστια ακρίβεια εδώ στη Γη,

Just a tiny fraction of a second,

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

μέχρι και ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου.

Πρέπει, όμως, να υπολογισθεί εδώ στη Γη.

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

Υπάρχει μεγάλη ανισορροπία κλίμακας στην εξερεύνηση του βαθέος διαστήματος.

down to better than one-billionth of a second.

But it has to be measured here on Earth.

Ιστορικά, μπορέσαμε να στείλουμε μικρούτσικα πράγματα εξαιρετικά μακριά,

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

χάρη σε πολύ μεγάλα πράγματα εδώ στον πλανήτη μας.

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

Για παράδειγμα, αυτό είναι το μέγεθος ενός δορυφορικού πιάτου

με το οποίο επικοινωνούμε με αυτά τα οχήματα στο βαθύ διάστημα.

thanks to very large things here on our home planet.

Τα ατομικά ρολόγια που χρησιμοποιούμε για πλοήγηση είναι, επίσης, μεγάλα.

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

Τα ρολόγια και όλος ο υποστηρικτικός εξοπλισμός

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

μπορούν να φθάσουν το μέγεθος ενός ψυγείου.

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

Αν θέλουμε στείλουμε αυτό το σύστημα στο διάστημα,

The clocks and all of their supporting hardware

can be up to the size of a refrigerator.

το ψυγείο πρέπει να συρρικνωθεί

σε κάτι που να μπορεί να χωρέσει μέσα σε ένα συρτάρι.

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

Γιατί έχει σημασία αυτό;

that refrigerator needs to shrink down

Ας ξαναδούμε τον ατρόμητο εξερευνητή, το Voyager 1.

into something that can fit inside the produce drawer.

Το Voyager 1 βρίσκεται 20 δισ. χιλιόμετρα μακριά, αυτή τη στιγμή.

So why does this matter?

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

Όπως ξέρετε, χρειάστηκε πάνω από 40 χρόνια για να φθάσει εκεί,

και ένα σήμα μας, που τρέχει με την ταχύτητα του φωτός,

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

χρειάζεται πάνω από 40 ώρες για να το φτάσει και να επιστρέψει.

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

Αυτό είναι το θέμα με αυτά τα οχήματα:

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

κινούνται πάρα πολύ γρήγορα.

to get there and back again.

Το Voyager 1 δεν μας περιμένει να του στείλουμε οδηγίες από τη Γη.

And here's the thing about these spacecraft:

they move really fast.

Συνεχίζει να κινείται.

Σε αυτές τις 40 ώρες που περιμένουμε

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

να ακούσουμε την ηχώ του σήματος, εδώ στη Γη,

το Voyager 1 έχει προχωρήσει περίπου 2,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα.

Voyager 1 keeps moving.

In that 40 hours that we are waiting

Είναι 2,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα πιο μακριά σε μια ανεξερεύνητη περιοχή.

to hear that echo signal here on the Earth,

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

Οπότε θα ήταν εξαιρετικό

αν μπορούσαμε να μετρήσουμε τον χρόνο του σήματος,

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

απευθείας στο σκάφος.

Η σμίκρυνση, όμως, της τεχνολογίας του ατομικού ρολογιού

So it would be great

είναι δύσκολη.

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

Όχι μόνο η τεχνολογία του ρολογιού και του υποστηρικτικού υλικού

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

πρέπει να συρρικνωθούν,

αλλά πρέπει και να λειτουργήσουν.

well, it's difficult.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

Το διάστημα είναι ένα εξαιρετικά σκληρό περιβάλλον,

need to shrink down,

και αν ένα κομμάτι ενός οργάνου σπάσει,

but you also need to make it work.

δεν μπορούμε να στείλουμε έναν τεχνικό να το αντικαταστήσει

Space is an exceptionally harsh environment,

και να συνεχίσουμε τον δρόμο μας.

and if one piece breaks on this instrument,

Τα ταξίδια που κάνουν αυτά τα σκάφη μπορεί να διαρκέσουν μήνες, χρόνια,

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

ακόμη και δεκαετίες.

and continue on our way.

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

Ο σχεδιασμός και η δημιουργία ενός υποστηρικτικού οργάνου ακριβείας

είναι τόσο τέχνη, όσο επιστήμη και μηχανική.

even decades.

And designing and building a precision instrument that can support that

Τα καλά νέα είναι ότι κάνουμε απίστευτη πρόοδο,

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

και σύντομα πρόκειται να κάνουμε τα πρώτα μας μικρά βήματα

προς τη νέα εποχή των ατομικών διαστημικών ρολογιών.

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

Σύντομα θα στείλουμε στο διάστημα

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

ένα ατομικό ρολόι βασισμένο σε ιόντα, κατάλληλο για το διάστημα.

into a new age of atomic space clocks.

Αυτό το ρολόι έχει τη δυνατότητα να αλλάξει εντελώς τον τρόπο πλοήγησης.

Soon we will be launching

Είναι τόσο σταθερό,

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

υπολογίζει τον χρόνο τόσο καλά,

ώστε αν το έβαζα εδώ, το άνοιγα,

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

έφευγα

This clock is so stable,

και επέστρεφα σε εννιά εκατομμύρια χρόνια αργότερα,

it measures time so well,

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

θα είχε χάσει, μόνο, ένα δευτερόλεπτο.

and I walked away,

Τι μπορούμε να κάνουμε με ένα τέτοιο ρολόι;

I would have to come back nine million years later

Αντί να κάνουμε την πλοήγηση των διαστημικών οχημάτων

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

από εδώ, τη Γη,

γιατί να μην τα αφήναμε να πλοηγούνται μόνα τους;

So what can we do with a clock like this?

Η ενσωματωμένη αυτόνομη πλοήγηση, ή το αυτοκινούμενο σκάφος, αν θέλετε,

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

here on the Earth,

είναι μία από τις κύριες τεχνολογίες

what if we let the spacecraft navigate themselves?

που απαιτούνται για να επιβιώσουμε στο βαθύ διάστημα.

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

Όταν αναπόφευκτα στείλουμε ανθρώπους στον Άρη

is one of the top technologies needed

ή ακόμα πιο πέρα

χρειάζεται να πλοηγούμε το σκάφος σε πραγματικό χρόνο,

if we are going to survive in deep space.

και να μην περιμένουμε οδηγίες από τη Γη.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

Γιατί η λανθασμένη μέτρηση, έστω και για ένα κλάσμα δευτερολέπτου

we need to be navigating that ship in real time,

μπορεί να οδηγήσει στο τέλος της αποστολής,

not waiting for directions to come from Earth.

πράγμα αρκετά κακό, μεν, για μία ρομποτική αποστολή,

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

πολύ κακό, όμως, για αποστολές με πληρώματα ανθρώπους.

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

Ας υποθέσουμε ότι μπορούμε να στείλουμε τους αστροναύτες

which is bad enough for a robotic mission,

με ασφάλεια στον προορισμό τους.

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

Όταν θα είναι εκεί, θα θέλουν, κάπως, να προσανατολιστούν.

Λοιπόν, με αυτή την τεχνολογία ρολογιού,

But let's assume that we can get our astronauts

μπορούμε πλέον να φτιάξουμε συστήματα πλοήγησης σαν GPS

safely to the surface of their destination.

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

σε άλλους πλανήτες και φεγγάρια.

Σαν να έχετε ένα GPS

Well, with this clock technology,

στη Σελήνη ή τον Άρη.

we can now build GPS-like navigation systems

Να μπορεί μια αστροναύτισσα να στέκεται στην επιφάνεια του Άρη

at other planets and moons.

με το Όρος Όλυμπο πίσω της

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

και να κοιτά στο Google Maps του Άρη,

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

για να δει πού βρίσκεται

with Olympus Mons rising in the background,

και να χαράξει πορεία για να πάει όπου χρειάζεται να πάει.

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

Ας ονειρευτούμε για λίγο,

και ας μιλήσουμε για κάτι στο πολύ μακρινό μέλλον,

to see where she is

όταν θα στέλνουμε ανθρώπους σε μέρη πολύ πιο μακριά από τον Άρη,

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

μέρη όπου η αναμονή για σήμα πλοήγησης από την Γη

Allow me to dream for a moment,

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

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

δεν θα είναι ρεαλιστική.

Φανταστείτε να έχουμε έναν αστερισμό,

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

ένα δίκτυο από επικοινωνούντες δορυφόρους σκορπισμένους στο βαθύ διάστημα

is just not realistic.

να μεταδίδουν σήματα πλοήγησης,

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

και κάθε σκάφος που λαμβάνει το σήμα

a network of communication satellites scattered throughout deep space

να μπορεί να ταξιδεύει από προορισμό, σε προορισμό, σε προορισμό,

broadcasting navigation signals,

χωρίς καθόλου άμεσο σύνδεσμο με την Γη.

and any spacecraft picking up that signal

Η ικανότητα να μετρούμε τον χρόνο, με ακρίβεια, στο βαθύ διάστημα

can travel from destination to destination to destination

with no direct tie to the Earth at all.

μπορεί να αλλάξει, ριζικά, τον τρόπο πλοήγησης.

Μπορεί, επίσης, να μας δώσει εκπληκτικά δεδομένα.

The ability to accurately measure time in deep space

Το ίδιο σήμα που χρησιμοποιούμε για πλοήγηση

can forever change the way we navigate.

μας λέει από πού ήρθε

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

και το ταξίδι που έκανε από κεραία σε κεραία.

You see, that same signal that we use for navigation

Αυτό το ταξίδι μας δίνει δεδομένα, να κατασκευάσουμε καλύτερα μοντέλα,

tells us something about where it came from

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

μοντέλα της ατμόσφαιρας των πλανητών σε όλο το ηλιακό μας σύστημα.

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

Μπορούμε να εντοπίσουμε υπόγειους ωκεανούς

σε μακρινά παγωμένα φεγγάρια,

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

και ίσως, ακόμη, ανιχνεύσουμε μικρά βαρυτικά κύματα.

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

Αυτόνομη πλοήγηση σημαίνει ότι μπορούμε να στείλουμε

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

περισσότερα οχήματα και αισθητήρες για να εξερευνήσουμε το σύμπαν,

θα ελευθερώσει, δε, πλοηγούς σαν εμένα,

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

για να δουλέψουμε πάνω σε άλλα θέματα.

more sensors to explore the universe,

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

Έχουμε ακόμη πολλές απορίες που περιμένουν απάντηση.

to work on finding the answers to other questions.

Ξέρουμε τόσο λίγα σχετικά με το σύμπαν γύρω μας.

And we still have a lot of questions to answer.

Τα τελευταία χρόνια, έχουμε ανακαλύψει σχεδόν 3.000 πλανητικά συστήματα

We know such precious little about this universe around us.

έξω από το ηλιακό μας σύστημα.

Τα συστήματα αυτά φιλοξενούν σχεδόν 4.000 εξωπλανήτες.

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

Για να βάλω τον αριθμό σε ένα πλαίσιο:

outside of our own solar system,

όταν μάθαινα για τους πλανήτες όταν ήμουν παιδί,

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

υπήρχαν εννιά,

ή οχτώ, αν εξαιρέσεις τον Πλούτωνα.

To put that number in context for you:

Αλλά τώρα υπάρχουν 4.000.

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

Υπολογίζεται ότι η σκοτεινή ύλη

there were nine,

αποτελεί περίπου το 96% του σύμπαντός μας,

or eight if you didn't count Pluto.

But now there are 4,000.

και δεν ξέρουμε καν τι είναι.

It is estimated that dark matter

Όλα αυτά τα επιστημονικά δεδομένα που έχουμε συλλέξει

makes up about 96 percent of our universe,

από όλες τις αποστολές μας στο βαθύ διάστημα

and we don't even know what it is.

είναι μόνο μία σταγόνα γνώσης

All of the science returned

σε έναν απέραντο ωκεανό ερωτημάτων.

from all of our deep space missions combined

Αν θέλουμε να μάθουμε περισσότερα,

is just this single drop of knowledge

να ανακαλύψουμε και να καταλάβουμε περισσότερα,

in a vast ocean of questions.

πρέπει να εξερευνήσουμε περισσότερο.

And if we want to learn more,

Η ικανότητα να μετρούμε τον χρόνο με ακρίβεια στο βαθύ διάστημα

to discover more, to understand more,

θα φέρει επανάσταση στον τρόπο που εξερευνούμε το σύμπαν,

then we need to explore more.

και μπορεί να είναι ένα από τα κλειδιά που θα ξεκλειδώσουν μερικά μυστικά

The ability to accurately keep time in deep space

που παραμένουν ερμητικά κλειστά.

will revolutionize the way that we can explore this universe,

Σας ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)

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

that she holds so dear.

Thank you.

(Applause)