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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Translator: Hamidreza Parhizkar Reviewer: Masoud Motamedifar

Six months ago,

شش ماه پیش،

I watched with bated breath

با نفس در سینه حبس شده

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

فرود فضاپیمای InSight ناسا را روی سطح مریخ را تماشا کردم.

Two hundred meters,

دویست متر،

۸۰ متر،

80 meters,

60, 40, 20, 17 meters.

۶۰، ۴۰، ۲۰، ۱۷ متر.

Receiving confirmation of successful touchdown

لحظه‌ی دریافت تایید فرود موفقیت آمیز

was one of the most ecstatic moments of my life.

یکی از پرشورترین لحظات زندگیم بود.

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

و شنیدن این خبر بخاطر دو دستگاه مکعبی کوچک که

that went along to Mars with InSight.

همراه فضاپیمای InSight به فضا پرتاب شدند محتمل بود.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

آن دو دستگاه مکعبی شکل در اصل مسافت سنجی فضاپیمای InSight را بطور زنده

back to Earth,

در زمین پخش می‌کردند،

so that we could watch in near-real time

تا بتوانیم در همان زمان تقریبی

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

فرود فضاپیما InSight روی سطح سیاره سرخ را تماشا کنیم،

hitting the atmosphere of Mars

در حالی که با جو مریخ با سرعتی حدود

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

۱۹.۳۰۰ کیلومتر بر ساعت برخورد می‌کرد.

Now, that event was livestreamed to us

ما آن اتفاق را به صورت زنده و

from over 90 million miles away.

از ۱۴۴ میلیون مایل دورتر

و در حالی که از مریخ پخش می‌شد، دیدیم.

It was livestreamed from Mars.

Meanwhile,

در همین زمان،

the two Voyager spacecraft --

دو فضاپیمای وویجر--

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

که بطور باورنکردنی کاوشگرانی شجاع هستند.

They were launched

به فضا پرتاب شدند،

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

در همان سالی که همه‌ی ما برای اولین بار

for the first time.

با هان سولو آشنا شدیم.

And they are still sending back data from interstellar space

و آن دو کاوشگر هنوز بعد از۴۰ سال در حال

over 40 years later.

ارسال اطلاعات از فضای میان ستاره‌ای هستند.

We are sending more spacecraft further into deep space

ما داریم از هر زمان دیگر فضاپیماهای بیشتری را

than ever before.

به اعماق فضا می‌فرستیم.

But every one of those spacecraft out there

اما هر یک از آن فضاپیماها در فضا

depends on its navigation being performed

به نحوه‌ی هدایتش

right here at Earth

از زمین بستگی دارد

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

تا اعلام کند که کجاست و از همه مهم تر

where it is going.

دارد به کجا می‌رود.

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

و ما مجبوریم تا فضاپیما را از زمین برای یک دلیل ساده هدایت کنیم:

spacecraft are really bad at telling the time.

فضاپیماها زمان را درست اعلام نمی‌کنند.

But if we can change that,

اما اگر بتوانیم آن را تغییر دهیم،

we can revolutionize the way we explore deep space.

می‌توانیم تغییری اساسی درشیوه‌ی کاوش فضا ایجاد کنیم.

Now, I am a deep space navigator,

من یک هدایتگر فضایی هستم

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

و می‌دانم احتمالا فکر می‌کنید که «این چه کاری است؟»

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

خب این شغل بسیار منحصر به فرد و همچنین جذابی است.

I steer spacecraft,

من فضاپیما را از لحظه‌ای که

from the moment they separate from their launch vehicle

از بدنه پرتاب جدا می‌شود تا زمانی که

to when they reach their destination in space.

به مقصدش می‌رسد هدایت می‌کنم.

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

و این مقصد‌ها مثل سیاره مریخ یا مشتری--

they are really far away.

بسیار دور هستند.

To put my job in context for you:

برای اینکه شغلم را بهتر بفهمید:

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

مثل این است که من در لس آنجلس باشم و یک تیر پرتاب کنم،

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

و با آن تیر هدفی به اندازه یک سکه

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

که در میدان تایمز نیویورک در حال فرود است را بزنم.

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

من این فرصت را دارم تا مسیر فضاپیمایم را

a few times along that trajectory,

چندباری در امتداد مسیر گلوله تنظیم کنم،

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

اما برای آنکه که این کار را بکنم باید بدانم فضاپیما کجاست.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

دنبال کردن یک فضاپیما وقتی در فضا حرکت می‌کند

is fundamentally a problem of measuring time.

اساسا یک مشکل سنجش زمان است.

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

نمی‌توانم خط کشم را دربیاورم و مسافتی که فضاپیمایم طی کرده را اندازه بگیرم.

But I can measure

ولی می‌توانم

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

مدت زمانی که طول می‌کشد سیگنال به آنجا برسد و برگردد را محاسبه کنم.

And the concept is exactly the same as an echo.

و مفهوم آن دقیقا مثل مفهوم انعکاس صداست.

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

اگر در مقابل یک کوه بایستم و فریاد بزنم

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

هرچقدر که بیشتر طول بکشد تا انعکاس صدا را بشنوم،

the further away that mountain is.

آن کوه از من دورتر است.

So we measure that signal time very, very accurately,

پس ما زمان سیگنال را بسیار دقیق می‌سنجیم،

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

چون محاسبه اشتباه زمان تنها در کسر کوچکی از ثانیه

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

ممکن است فرود آرام و امن فضاپیمای شما

on the surface of another planet

بر سطح یک سیاره‌ی دیگر را بخطر بیاندازد

or creating yet another crater on that surface.

یا آنکه باعث ایجاد یک حفره بر روی سطح آن سیاره بشود.

Just a tiny fraction of a second,

تنها کسر کوچکی از ثانیه

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

در موفقیت یا شکست ماموریت تاثیر گذار است.

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

پس ما زمان سیگنال را بسیار دقیق در زمین محاسبه می‌کنیم،

down to better than one-billionth of a second.

با خطایی کمتر از یک میلیاردم ثانیه،

But it has to be measured here on Earth.

اما زمان باید در زمین محاسبه شود.

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

یک ناهماهنگی در مقیاس هنگام کاوش در عمق فضا وجود دارد.

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

از لحاظ تاریخی، توانسته ایم چیزهای نسبتا کوچک را

thanks to very large things here on our home planet.

به خاطر اشیای بسیار بزرگ در زمین، به اعماق فضا بفرستیم.

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

بعنوان مثال، این اندازه یک آنتن ماهواره است که

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

از آن برای برقراری ارتباط با فضاپیما استفاده می‌کنیم.

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

و ساعت‌های اتمی که برای هدایت از آن‌ها استفاده می‌کنیم نیز بزرگ هستند.

The clocks and all of their supporting hardware

ساعت ها و تمام سخت افزارهای پشتیبان آن‌ها

can be up to the size of a refrigerator.

می‌توانند سرجمع اندازه یک یخچال باشند.

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

حتی اگر بخواهیم درباره‌ی پرتاب این حجم به فضا صحبت کنیم،

that refrigerator needs to shrink down

باید یخچال را به اندازه‌ای کوچک شود

into something that can fit inside the produce drawer.

که داخل یک کشو موادغذایی جا شود.

So why does this matter?

خب این چرا مهم است؟

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

بیایید دوباره نگاهی به کاوشگر شجاع‌مان، وویجر۱ بندازیم.

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

وویجر۱ بیش از ۲۰ میلیارد مایل از ما فاصله دارد.

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

همانطور که می‌دانید ۴۰ سال طول کشید تا به آنجا برسد،

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

و یک سیگنال با سرعت نور ۴۰ ساعت طول می‌کشد تا

to get there and back again.

به آنجا برسد و دوباره به زمین برگردد.

And here's the thing about these spacecraft:

نکته ای که درباره‌ی این فضاپیماها وجود دارد این است:

they move really fast.

آن ها خیلی سریع حرکت می‌کنند.

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

و وویجر۱ متوقف نمی‌شود و صبر نمی‌کند تا ما از زمین دستورالعمل را برایش بفرستیم.

Voyager 1 keeps moving.

وویجر۱ به حرکتش ادامه می‌دهد.

In that 40 hours that we are waiting

در آن ۴۰ ساعتی که منتظر هستیم تا

to hear that echo signal here on the Earth,

انعکاس سیگنال را روی زمین دریافت کنیم،

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

وویجر۱ دو و نیم میلیون کیلومتر حرکت کرده.

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

این دو و نیم میلیون کیلومتر شامل قلمرو‌های بزرگ و شناخته نشده است.

So it would be great

خیلی عالی می‌شد اگر می‌توانستیم

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

زمان سیگنال را مستقیما در فضاپیما محاسبه کنیم.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

اما کوچک سازی ساعت های اتمی ...

well, it's difficult.

خب سخت است.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

تکنولوژی ساعت و تمام سخت افزارهای پشتیبانش

need to shrink down,

علاوه بر کوچک شدن،

but you also need to make it work.

باید کار هم بکنند.

Space is an exceptionally harsh environment,

فضا بطور استثنایی یک محیط خشن است،

and if one piece breaks on this instrument,

و اگر یک قطعه از این وسیله خراب بشود،

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

اینطور نیست که یک کارشناس فنی را به فضا بفرستیم تا قطعه را عوض کند

and continue on our way.

و بعد به مسیرمان ادامه بدهیم.

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

سفر این فضاپیماها می‌تواند ماه‌ها، سال‌ها،

even decades.

و حتی دهه‌ها طول بکشد.

And designing and building a precision instrument that can support that

طراحی و ساختن ابزار دقیقی که بتواند فضاپیما را

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

پشتیبانی کند خودش یک هنر علمی و مهندسی است.

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

اما یک خبر خوب وجود دارد: ما داریم بطور شگفت انگیزی پیشرفت می‌کنیم،

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

و داریم نخستین قدم هایمان را

into a new age of atomic space clocks.

به سمت عصر جدیدی از ساعت‌های اتمی-فضایی برمی‌داریم.

Soon we will be launching

بزودی ساعت اتمی مبتنی بر یون که

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

برای سفرهای فضایی مناسب است را به فضا پرتاپ خواهیم کرد.

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

و این ساعت دارای پتانسیل دگرگون کردن شیوه هدایت فضاپیماهاست.

This clock is so stable,

این ساعت بسیار دقیق است،

it measures time so well,

و زمان را آنقدر خوب محاسبه می‌کند

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

که اگر آن را اینجا بگذارم و فعالش کنم،

and I walked away,

و بعد دور بشوم،

I would have to come back nine million years later

باید نه میلیون سال دیگر برگردم تا

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

ساعت یک ثانیه عقب مانده باشد.

So what can we do with a clock like this?

پس ما با این ساعت چکار می‌توانیم بکنیم؟

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

خب به جای هدایت فضاپیما

here on the Earth,

از زمین،

what if we let the spacecraft navigate themselves?

چه می‌شود فضاپیماها خودشان را هدایت کنند؟

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

سیستم هدایت مستقل یا به عبارت دیگر یک فضاپیمای خودکار،

is one of the top technologies needed

یکی از تکنولوژی‌های برتر مورد نیاز

if we are going to survive in deep space.

برای بقا در فضا است.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

زمانی که انسان ها را ناچارا به مریخ یا سیاره‌های دورتر می‌فرستیم،

we need to be navigating that ship in real time,

باید آن سفینه را در زمان حقیقی هدایت کنیم،

not waiting for directions to come from Earth.

و منتظر دستورالعمل از زمین نباشیم.

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

محاسبه اشتباه زمان تنها در کسر کوچکی از ثانیه

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

می‌تواند منجر به شکست ماموریت شود،

which is bad enough for a robotic mission,

که به اندازه کافی برای یک ماموریت رباتیک بد است،

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

اما درباره ی عواقب آن اگر خدمه ای در سفینه وجود داشت فکر کنید.

But let's assume that we can get our astronauts

بیایید فرض کنیم که می‌توانیم مسافران‌مان را

safely to the surface of their destination.

سالم به سیاره‌ی مقصدشان برسانیم.

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

احتمالا وقتی که به آنجا برسند دنبال راهی می‌گردند تا با محیط اطراف آشنا بشوند.

Well, with this clock technology,

خب با تکنولوژی این ساعت،

we can now build GPS-like navigation systems

می‌توانیم یک سیستم هدایت GPS مانند را

at other planets and moons.

در سیارات و قمرهای دیگر بسازیم.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

تصور کنید که در ماه یا مریخ یک GPS دارید.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

می‌توانید تصور کنید یک فضانورد روی سطح مریخ ایستاده در حالی که

with Olympus Mons rising in the background,

در پشت سرش کوه المپوس قرار دارد،

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

و دارد به نسخه مریخی گوگل مپ‌ نگاه می‌کند

to see where she is

تا ببیند که کجاست و

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

مسیری را که به آنجا می‌خواهد برود را روی نقشه مشخص بکند؟

اجازه بدید یک لحظه آن را تصور کنم

Allow me to dream for a moment,

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

و بعد بیایید درباره چیزی در آینده بسیار دور صحبت کنیم،

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

آینده‌ای که داریم انسان‌ها را به جاهایی بسیار دورتر از مریخ می‌فرستیم

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

که منتظر یک سیگنال برای کاوش آن سیاره‌ها باشند

is just not realistic.

تمام این‌ها واقع بینانه نیستند.

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

تصور کنید در این سناریو می‌توانیم،

a network of communication satellites scattered throughout deep space

شبکه ای از ماهواره‌های ارتباطی که در کل فضا پراکنده هستند داشته باشیم

broadcasting navigation signals,

که سیگنال‌های هدایت را پخش می‌کنند،

and any spacecraft picking up that signal

و هر فضاپیمایی که آن سیگنال را دریافت می‌کند

can travel from destination to destination to destination

می‌تواند بدون آنکه که از زمین هدایت بشود

with no direct tie to the Earth at all.

به هر مقصدی سفر کند.

The ability to accurately measure time in deep space

توانایی محاسبه دقیق زمان در عمق فضا

can forever change the way we navigate.

می‌تواند برای همیشه شیوه هدایت فضاپیماها را تغییر دهد.

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

همچنین این پتانسیل را دارد تا دانشی شگفت در اختیار ما بگذارد.

You see, that same signal that we use for navigation

می‌بینید که همین سیگنالی از آن برای هدایت استفاده می‌کنیم

tells us something about where it came from

به ما چیزی درباره خاستگاهش و

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

سفرهای بین ماهواره‌ای می‌گوید.

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

و آن سفرها، به ما اطلاعاتی برای ساختن نمونه‌های بهتری از،

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

جو سیاره‌ای در کل منظومه شمسی می‌دهند.

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

می‌توانیم اقیانوس های زیرسطحی در قمرهای یخی دور افتاده

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

یا حتی امواج کوچک در فضا ناشی از جاذبه نسبی را بررسی کنیم.

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

سیستم هدایت مستقل به معنای آن است که می‌توانیم فضاپیماها و

more sensors to explore the universe,

حسگرهای بیشتری را پشتیبانی کنیم تا دنیا را کاوش کنیم،

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

و همچنین این سیستم هدایتگرهایی مثل من را از--

to work on finding the answers to other questions.

پیدا کردن پاسخ سوال های دیگر خلاص می‌کند.

And we still have a lot of questions to answer.

و ما هنوز باید سوال‌های زیادی را پاسخ دهیم.

We know such precious little about this universe around us.

ما اطلاعات کم اما با ارزشی از جهان پیرامون‌مان داریم.

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

در سال‌های اخیر، ما حدود ۳,۰۰۰ سامانه سیاره ای خارج از منظومه شمسی

outside of our own solar system,

کشف کرده‌ایم،

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

و آن منظومه‌ها خانه‌ی بیش از ۴,۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی هستند.

To put that number in context for you:

برای آنکه متوجه بزرگی این عدد بشوید:

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

وقتی اولین بار در بچگی، سیاره‌ها را یاد می‌گرفتم

there were nine,

۹ سیاره یا اگر پلوتو را حساب نمی‌کردید،

or eight if you didn't count Pluto.

۸ سیاره وجود داشت.

But now there are 4,000.

اما الان ۴,۰۰۰ سیاره وجود دارد.

It is estimated that dark matter

برآورد شده است که ماده تاریک حدود

makes up about 96 percent of our universe,

۹۶ درصد از جهان ما را تشکیل می‌دهد،

and we don't even know what it is.

و ما حتی نمی‌دانیم که آن ماده چیست.

All of the science returned

تمام دانشی که از

from all of our deep space missions combined

ماموریت های فضایی ما بدست آمده، روی هم رفته

is just this single drop of knowledge

تنها قطره‌ای از دانش در

in a vast ocean of questions.

اقیانوس بیکران سوالات است.

And if we want to learn more,

و اگر می‌خواهیم بیشتر یاد بگیریم

to discover more, to understand more,

بیشتر کشف کنیم وبیشتر بفهمیم،

then we need to explore more.

آن وقت باید بیشتر کاوش کنیم.

The ability to accurately keep time in deep space

قابلیت محاسبه دقیق زمان در عمق فضا

will revolutionize the way that we can explore this universe,

شیوه‌ی کاوش جهان را متحول خواهد کرد،

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

و ممکن است کلیدی برای پاسخ دادن به رازهایی باشد که

that she holds so dear.

جهان مخفی نگه داشته.

Thank you.

ممنونم.

(Applause)

(تشویق)