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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Traduttore: Nicoletta Pedrana Revisore: Beatrice Chiamenti

Six months ago,

Sei mesi fa,

I watched with bated breath

ho guardato con il cuore in gola

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

il lander InSight della Nasa che scendeva sulla superficie di Marte.

Two hundred meters,

Duecento metri,

80 meters,

ottanta metri,

60, 40, 20, 17 meters.

60, 40, 20, 17 metri.

Receiving confirmation of successful touchdown

La conferma dell'effettivo touchdown

was one of the most ecstatic moments of my life.

è stato uno dei momenti più entusiasmanti della mia vita.

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

E sapere che è stato possibile grazie a due piccoli cubi

that went along to Mars with InSight.

che hanno viaggiato con la sonda InSight verso Marte.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

Questi cubi hanno potuto trasmettere la telemetria di InSight in streaming

back to Earth,

alla Terra,

so that we could watch in near-real time

facendo in modo che potessimo vedere quasi in diretta

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

mentre il lander InSight si avvicinava alla superficie del pianeta,

hitting the atmosphere of Mars

fendendo l'atmosfera di Marte

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

alla velocità massima di 19.000 km all'ora.

Now, that event was livestreamed to us

Questo evento ci è stato trasmesso in diretta

from over 90 million miles away.

da una distanza di oltre 144 milioni di km.

It was livestreamed from Mars.

In diretta da Marte.

Meanwhile,

Nel frattempo,

the two Voyager spacecraft --

le due sonde Voyager...

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

queste due sonde sono state estremamente intraprendenti.

They were launched

Sono state lanciate

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

nello stesso hanno in cui noi tutti abbiamo conosciuto Han Solo.

for the first time.

And they are still sending back data from interstellar space

E ci stanno ancora inviando segnali dallo spazio interstellare

over 40 years later.

dopo oltre 40 anni.

We are sending more spacecraft further into deep space

Stiamo mandando sempre più oggetti spaziali

than ever before.

come mai prima.

But every one of those spacecraft out there

Ma ognuna di quelle sonde là fuori

depends on its navigation being performed

dipende da come funzionano i sistemi di navigazione

right here at Earth

gestiti qui dalla Terra

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

che dicono dove si trovano, e ancora più importante,

where it is going.

dove stanno andando.

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

E dobbiamo gestire la navigazione qui dalla Terra per un semplice motivo:

spacecraft are really bad at telling the time.

le sonde spaziali sono davvero pessime a gestire il tempo.

But if we can change that,

Ma se possiamo cambiare questa cosa,

we can revolutionize the way we explore deep space.

possiamo rivoluzionare il modo in cui esploriamo lo spazio profondo.

Now, I am a deep space navigator,

Io sono un navigatore dello spazio profondo,

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

so che forse vi domanderete quale lavoro possa essere mai.

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

È un lavoro unico e molto divertente.

I steer spacecraft,

Faccio navigare i veicoli spaziali,

from the moment they separate from their launch vehicle

dal momento in cui si separano dal loro razzo vettore

to when they reach their destination in space.

fino a quando raggiungono la loro destinazione nello spazio.

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

E queste destinazioni, diciamo ad esempio Marte, o Giove

they are really far away.

sono veramente lontane.

To put my job in context for you:

Per darvi un riferimento conosciuto:

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

è come se io qui a Los Angeles lanciassi una freccia,

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

e con questa freccia, colpissi un bersaglio della misura di una moneta,

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

e il bersaglio, grande come una moneta, si trovasse a New York, a Times Square.

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

Ho la opportunità di correggere la rotta del mio veicolo

a few times along that trajectory,

alcune volte durante la loro traiettoria,

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

ma per farlo, devo sapere dove si trova.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

E tracciare un veicolo spaziale mentre viaggia nello spazio profondo,

is fundamentally a problem of measuring time.

è fondamentalmente un problema di misura del tempo.

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

Vedete, non è che io posso tirare fuori il righello e misurare quanto è lontano.

But I can measure

Ma posso misurare

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

quanto ci mette un segnale ad andare e tornare da quel veicolo.

And the concept is exactly the same as an echo.

E il concetto è lo stesso dell'eco.

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

Se sono di fronte ad una montagna e urlo,

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

più tempo impiega la mia voce a tornare indietro,

the further away that mountain is.

più lontana è la montagna.

So we measure that signal time very, very accurately,

Quindi misuriamo questo segnale di tempo molto, molto accuratamente,

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

perché sbagliare per solo una minima frazione di secondo

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

è la differenza tra atterrare dolcemente e in sicurezza

on the surface of another planet

sulla superficie di un altro pianeta,

or creating yet another crater on that surface.

o il creare un nuovo cratere sulla sua superficie.

Just a tiny fraction of a second,

Solo una minima frazione di secondo,

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

è la differenza tra la vita e la morte di una missione.

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

Quindi misuriamo il tempo del segnale sulla Terra molto, molto accuratamente,

down to better than one-billionth of a second.

fino a un miliardesimo di secondo.

But it has to be measured here on Earth.

Ma deve essere misurato qui sulla Terra.

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

C'è questo grande divario di proporzioni quando si parla di esplorazione spaziale.

Storicamente siamo riusciti a spedire piccoli oggetti molto lontano,

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

thanks to very large things here on our home planet.

grazie ad oggetti estremamente grandi presenti qui sulla terra.

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

Per esempio, questa è la misura della parabola

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

che usiamo per comunicare con sonde presenti nello spazio profondo.

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

E ugualmente, gli orologi atomici che usiamo per la navigazione,

sono molto grandi.

The clocks and all of their supporting hardware

Gli orologi e tutto il loro hardware

can be up to the size of a refrigerator.

possono essere grandi come un frigorifero.

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

Se volessimo spedire queste strumentazioni nello spazio profondo,

that refrigerator needs to shrink down

questo frigorifero dovrebbe notevolmente restringersi

into something that can fit inside the produce drawer.

fino alla misura del cassetto delle verdure.

So why does this matter?

Ma perché è importante?

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

Bene, andiamo a riguardare uno di questi viaggiatori intrepidi, il Voyager 1.

Il Voyager 1 si trova in questo momento a oltre 20 miliardi di Km da noi.

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

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

E come sapete, ci ha impiegato 40 anni per arrivarci,

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

e al suo segnale che viaggia alla velocità della luce servono più di 40 ore

to get there and back again.

per andare e tornare.

And here's the thing about these spacecraft:

Ed ecco una cosa sulle astronavi:

they move really fast.

si muovono molto velocemente.

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

E il Voyager I non si ferma a aspettare che arrivino le indicazioni dalla terra.

Voyager 1 keeps moving.

Il Voyager I continua il suo percorso nel frattempo.

In that 40 hours that we are waiting

In queste 40 ore durante le quali noi dobbiamo aspettare

to hear that echo signal here on the Earth,

per ascoltare il suo messaggio qui sulla Terra,

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

lui ha già percorso 2,4 milioni di Km.

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

Sono 2,4 milioni di Km in più in un territorio inesplorato.

So it would be great

Quindi sarebbe bellissimo

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

se potessimo misurare il segnale del tempo direttamente da lì.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

Ma la miniaturizzazione della tecnologia degli orologi atomici è....

well, it's difficult.

molto difficile.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

Non solo si devono rimpicciolire le tecnologie

need to shrink down,

dell'hardware e l'orologio stesso,

but you also need to make it work.

ma devono anche essere funzionanti.

Lo spazio è un ambiente molto duro,

Space is an exceptionally harsh environment,

and if one piece breaks on this instrument,

e se si rompe un componente

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

non possiamo di certo spedire un tecnico per la riparazione

per poi continuare il viaggio.

and continue on our way.

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

I viaggi di questi veicoli durano mesi, se non anni,

even decades.

anche decenni.

And designing and building a precision instrument that can support that

E progettare e costruire uno strumento che possa permettere questo viaggio

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

è come fare un'opera d'arte, di scienza e tecnologia tutto in uno.

Ma c'è una buona notizia: stiamo facendo dei progressi incredibili,

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

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

e stiamo facendo i nostri primi passi

into a new age of atomic space clocks.

nell'era degli orologi atomici spaziali.

Soon we will be launching

Tra poco lanceremo

un orologio atomico a ioni che è progettato per lo spazio.

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

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

E questo orologio ha le potenzialità per rivoluzionare i metodi di navigazione.

This clock is so stable,

Questo orologio è così stabile,

it measures time so well,

misura così bene il tempo,

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

che se lo accendo, lo lascio qui

and I walked away,

e me ne vado,

I would have to come back nine million years later

dovrei tornare indietro nove milioni di anni dopo

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

per vedere un secondo di ritardo.

Quindi cosa ci possiamo fare con un orologio come questo?

So what can we do with a clock like this?

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

Invece di fare tutta la navigazione del veicolo

here on the Earth,

qui da Terra,

what if we let the spacecraft navigate themselves?

perché non la lasciamo fare al veicolo stesso?

La navigazione autonoma integrata, o pilota automatico, se preferite,

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

is one of the top technologies needed

è una delle tecnologie maggiormente necessarie

if we are going to survive in deep space.

per sopravvivere nello spazio profondo.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

Quando sicuramente invieremo uomini su Marte e oltre,

we need to be navigating that ship in real time,

dobbiamo far navigare questa astronave in tempo reale,

not waiting for directions to come from Earth.

senza aspettare indicazioni dalla Terra.

E non misurare correttamente il tempo di solo una minima frazione di secondo

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

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

potrebbe fare la differenza tra la vita e la morte della missione,

which is bad enough for a robotic mission,

che è già un disastro per una missione senza uomini,

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

ma pensate alle conseguenze se ci fosse una squadra a bordo.

But let's assume that we can get our astronauts

Assumiamo quindi di avere portato i nostri astronauti

safely to the surface of their destination.

sani e salvi alla loro destinazione.

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

Una volta lì, dovrebbero capire come muoversi.

Well, with this clock technology,

Con questa tecnologia,

we can now build GPS-like navigation systems

possiamo creare sistemi di navigazione simili al GPS

per altri pianeti o lune.

at other planets and moons.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

Pensate di avere il GPS sulla Luna o su Marte.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

Ve lo vedete un astronauta sulla superficie di Marte

with Olympus Mons rising in the background,

con il Monte Olimpo che si erge alle sue spalle,

che controlla la sua versione di Google Maps di Marte

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

per vedere dove si trova

to see where she is

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

e per trovare la strada verso la sua destinazione?

Lasciatemi sognare per un istante,

Allow me to dream for a moment,

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

e pariamo di qualcosa di molto, molto lontano nel futuro,

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

quando invieremo uomini in posti molto più lontani di Marte,

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

posti dove aspettare un segnale dalla Terra per dare la rotta

non sarebbe realistico.

is just not realistic.

Immaginate in questo scenario che ci sia una costellazione,

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

a network of communication satellites scattered throughout deep space

una rete di satelliti di telecomunicazioni sparsi nello spazio profondo

che trasmettono segnali per la navigazione,

broadcasting navigation signals,

and any spacecraft picking up that signal

e qualsiasi astronave che riceve quel segnale

può viaggiare da un posto all'altro

can travel from destination to destination to destination

with no direct tie to the Earth at all.

anche se non in contatto diretto con la Terra.

The ability to accurately measure time in deep space

La capacità di misurare con precisione il tempo nello spazio profondo

can forever change the way we navigate.

può cambiare per sempre il modo con cui si naviga.

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

Ma ha anche il potenziale per darci della scienza molto interessante.

You see, that same signal that we use for navigation

Vedete, lo stesso segnale che usiamo per la navigazione

ci dice qualcosa sul nostro luogo di origine

tells us something about where it came from

e del viaggio che ha percorso viaggiando da antenna ad antenna.

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

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

E quel viaggio, ci dà informazioni, per costruire modelli migliori,

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

migliori modelli delle atmosfere dei pianeti del nostro sistema solare.

Possiamo rilevare oceani superficiali in lontanissime lune ghiacciate,

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

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

anche piccole increspature nello spazio causate dalla gravità relativistica.

La navigazione autonoma consente che possiamo supportare più astronavi,

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

more sensors to explore the universe,

più sensori per esplorare l'universo,

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

e lascia il tempo ai navigatori, come me,

to work on finding the answers to other questions.

di cercare altre risposte ad altri problemi.

And we still have a lot of questions to answer.

E abbiamo ancora molte risposte da trovare.

Sappiamo molto poco dell'universo attorno a noi.

We know such precious little about this universe around us.

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

Negli ultimi anni abbiamo scoperto quasi tremila sistemi planetari

outside of our own solar system,

esterni al nostro sistema solare,

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

e questi sistemi accolgono quasi quattromila pianeti.

To put that number in context for you:

Giusto per darvi un po' di numeri:

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

quando stavo studiando i pianeti da bambina,

there were nine,

ce n'erano nove,

o otto se non si considerava Plutone.

or eight if you didn't count Pluto.

Ora ne abbiamo quattromila.

But now there are 4,000.

Si presume che la materia oscura

It is estimated that dark matter

makes up about 96 percent of our universe,

sia circa il 96% del nostro universo,

and we don't even know what it is.

e non sappiamo nemmeno che cosa sia.

Tutte le scoperte

All of the science returned

from all of our deep space missions combined

fatte dall'insieme delle nostre missioni nello spazio profondo

is just this single drop of knowledge

sono solo gocce di conoscenza

in un oceano di domande.

in a vast ocean of questions.

And if we want to learn more,

E se vogliamo imparare di più,

to discover more, to understand more,

scoprire di più, capire di più,

then we need to explore more.

dobbiamo continuare ad esplorare.

The ability to accurately keep time in deep space

La capacità di tenere il tempo nello spazio profondo

will revolutionize the way that we can explore this universe,

rivoluzionerà il modo in cui esploreremo l'universo,

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

e potrebbe essere una delle chiavi per scoprire questi segreti

that she holds so dear.

che sono ancora da svelare.

Grazie.

Thank you.

(Applause)

(Applausi)