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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Peter van de Ven

Six months ago,

Zes maanden geleden

I watched with bated breath

zag ik met ingehouden adem

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

NASA's InSight-lander afdalen naar het oppervlak van Mars.

Two hundred meters,

200 meter,

80 meters,

80 meter,

60, 40, 20, 17 meters.

60, 40, 20, 17 meter.

Receiving confirmation of successful touchdown

De bevestiging van een dergelijke succesvolle landing ontvangen

was one of the most ecstatic moments of my life.

was een van de meest extatische ogenblikken in mijn leven.

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

Dat nieuws horen was mogelijk gemaakt door twee kleine kubusjes

that went along to Mars with InSight.

die meegingen naar Mars met de InSight.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

Die twee kubusjes livestreamden de telemetrie van InSight

back to Earth,

terug naar de Aarde,

so that we could watch in near-real time

zodat we in bijna real time konden toekijken

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

hoe die InSight-lander

brullend het oppervlak van de rode planeet naderde

hitting the atmosphere of Mars

en de atmosfeer van Mars raakte

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

met een topsnelheid van zo'n 18.000 km/u.

Now, that event was livestreamed to us

Die gebeurtenis werd naar ons gelivestreamd

from over 90 million miles away.

van meer dan 140 miljoen kilometer van hier.

It was livestreamed from Mars.

Gelivestreamd van Mars.

Meanwhile,

Ondertussen waren er de twee Voyager ruimtetuigen --

the two Voyager spacecraft --

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

bijna ongelooflijk onverschrokken ontdekkers.

They were launched

Ze waren gelanceerd

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

in hetzelfde jaar dat wij kennismaakten met Han Solo

for the first time.

voor de eerste keer.

And they are still sending back data from interstellar space

En ze sturen nog altijd data terug vanuit de interstellaire ruimte,

over 40 years later.

al 40 jaar lang.

We are sending more spacecraft further into deep space

We sturen meer ruimtetuigen dieper de ruimte in

than ever before.

dan ooit tevoren.

But every one of those spacecraft out there

Maar elk van die voertuigen

depends on its navigation being performed

is afhankelijk van de navigatie

right here at Earth

vanaf de Aarde

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

om te vertellen waar het is en, nog belangrijker,

where it is going.

waar het naartoe gaat.

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

We moeten die navigatie vanaf de Aarde uitvoeren om één enkele eenvoudige reden:

spacecraft are really bad at telling the time.

ruimtetuigen kunnen heel slecht de tijd bijhouden.

But if we can change that,

Maar als we dat kunnen veranderen,

we can revolutionize the way we explore deep space.

kunnen we de manier waarop we de ruimte ontdekken revolutioneren.

Now, I am a deep space navigator,

Ik ben ruimte-navigator

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

en nu denken jullie waarschijnlijk: wat is dat voor beroep?

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

Wel, het is een erg uniek en tegelijkertijd erg leuk beroep.

I steer spacecraft,

Ik bestuur ruimtetuigen

from the moment they separate from their launch vehicle

van het moment dat ze zich losmaken van hun lanceervaartuig

to when they reach their destination in space.

totdat ze hun bestemming in de ruimte bereiken.

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

En deze bestemmingen -- zoals Mars of Jupiter --

they are really far away.

zijn echt ver weg.

To put my job in context for you:

Om het een beetje duidelijk te maken:

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

het is alsof ik hier in Los Angeles sta en een pijl afschiet,

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

en met die pijl een doelwit ter grootte van een kwartje raak

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

en dat dat kwartje zich ergens op Times Square in New York bevindt.

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

Nu kan ik mijn ruimtetuig

a few times along that trajectory,

onderweg wel enkele keren bijsturen,

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

maar daarvoor moet ik weten waar het zich bevindt.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

En een ruimtetuig volgen op zijn reis door de ruimte

is fundamentally a problem of measuring time.

komt fundamenteel neer op het meten van tijd.

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

Met mijn meetlat meten hoe ver weg het ruimtetuig is, gaat niet.

But I can measure

Maar ik kan meten

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

hoe lang het duurt om er een signaal heen en terug te sturen.

And the concept is exactly the same as an echo.

Het is eigenlijk net zoiets als een echo.

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

Stel ik roep tegen een berg.

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

Hoe langer het duurt voor ik de echo hoor,

the further away that mountain is.

des te verder de berg van mij verwijderd is.

So we measure that signal time very, very accurately,

We meten die signaaltijd zeer, zeer nauwkeurig,

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

omdat een fout van slechts een kleine fractie van een seconde

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

het verschil kan maken tussen een veilige en zachte landing

op het oppervlak van een andere planeet

on the surface of another planet

or creating yet another crater on that surface.

of een krater bijmaken op dat oppervlak.

Just a tiny fraction of a second,

Een fractie van een seconde

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

kan het verschil maken tussen leven en dood voor die missie.

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

Dus meten we die signaaltijd zeer, zeer nauwkeurig hier op Aarde,

down to better than one-billionth of a second.

tot op beter dan één miljardste van een seconde.

But it has to be measured here on Earth.

Maar het moet hier op Aarde gemeten worden.

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

Je hebt dat enorme onevenwicht van schaal als het gaat over ruimte-exploratie.

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

We konden erg kleine dingen erg ver weg sturen

thanks to very large things here on our home planet.

dankzij erg grote dingen hier op onze thuisplaneet.

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

Als voorbeeld: dit is de grootte van een satellietschotel

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

waarmee we praten met deze voertuigen in de verre ruimte.

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

En de atoomklokken voor het navigeren zijn ook groot.

The clocks and all of their supporting hardware

De klokken en hun ondersteunende hardware

can be up to the size of a refrigerator.

hebben al gauw de grootte van een koelkast.

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

Als we die mogelijkheden in de diepe ruimte willen,

that refrigerator needs to shrink down

dan moet die koelkast inkrimpen

into something that can fit inside the produce drawer.

tot iets dat in een lade past.

So why does this matter?

Waarom is dat van belang?

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

Laat ons eens terugkijken

naar een van onze onverschrokken ontdekkers, Voyager 1.

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

Voyager 1 is nu zo'n 20 miljard kilometer van ons vandaan.

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

Jullie weten dat het 40 jaar duurde om daar te geraken

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

en dat een lichtsignaal meer dan 40 uur nodig heeft

to get there and back again.

om daarheen en terug te geraken.

And here's the thing about these spacecraft:

En dan bewegen die voertuigen

they move really fast.

ook nog eens zeer snel.

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

Voyager 1 stopt en wacht niet op onze instructies vanaf de Aarde.

Voyager 1 keeps moving.

Voyager 1 blijft doorgaan.

In that 40 hours that we are waiting

In die 40 uur dat wij zitten wachten

to hear that echo signal here on the Earth,

op het echosignaal hier op Aarde,

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

is Voyager 1 zo'n 2,4 miljoen kilometer verder.

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

2,4 miljoen kilometer verder in onbekend gebied.

So it would be great

Het zou dus geweldig zijn

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

als we die signaaltijd op het ruimtetuig zelf konden meten.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

Maar de miniaturisatie van atoomklok-technologie is ...

well, it's difficult.

nu ja, moeilijk.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

Niet alleen moeten de kloktechnologie en de ondersteunende hardware inkrimpen,

need to shrink down,

but you also need to make it work.

maar ze moeten het ook nog doen werken.

Space is an exceptionally harsh environment,

De ruimte is een uitzonderlijk harde omgeving,

and if one piece breaks on this instrument,

en als er iets stukgaat aan dit instrument,

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

kunnen we er niet even een technicus heen sturen om het te vervangen

and continue on our way.

en onze weg verderzetten.

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

De reizen van deze ruimtetuigen kunnen maanden, jaren duren,

even decades.

zelfs tientallen jaren.

And designing and building a precision instrument that can support that

En het ontwerpen en bouwen van een precisie-instrument dat dat aankan,

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

is evenzeer kunst als wetenschap en techniek.

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

Maar er is goed nieuws: we maken verbazende vooruitgang

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

en we gaan onze eerste babystapjes zetten

into a new age of atomic space clocks.

naar het nieuwe tijdperk van atomaire ruimteklokken.

Soon we will be launching

Binnenkort gaan we een ion-gebaseerde atoomklok lanceren,

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

eentje geschikt voor de ruimte.

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

Die klok gaat de manier waarop we navigeren op zijn kop zetten.

This clock is so stable,

De klok is zo stabiel,

it measures time so well,

ze meet de tijd zo goed

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

dat als ik ze hier zou aanzetten,

and I walked away,

zou weggaan

I would have to come back nine million years later

en na negen miljoen jaar zou terugkomen,

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

de klok een afwijking van één seconde zou hebben.

So what can we do with a clock like this?

Wat kunnen we nu met een dergelijke klok?

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

Wat als we, in plaats van alle navigatie

here on the Earth,

vanaf de Aarde te doen,

what if we let the spacecraft navigate themselves?

het ruimtetuig nu eens zelf zouden laten navigeren?

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

Autonome navigatie aan boord of een zelfsturend ruimtetuig, zeg maar,

is one of the top technologies needed

is een van de nodige technologieën

if we are going to survive in deep space.

als we willen overleven in de diepe ruimte.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

Als we onvermijdelijk mensen naar Mars of zelfs verder willen sturen,

we need to be navigating that ship in real time,

moeten we dat schip in real time navigeren

not waiting for directions to come from Earth.

en niet wachten op directies vanaf de Aarde.

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

De tijd fout meten met slechts een fractie van een seconde

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

kan het verschil tussen leven en dood betekenen,

which is bad enough for a robotic mission,

wat al erg is voor een robotische missie,

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

maar denk aan de gevolgen als er mensen aan boord zijn.

But let's assume that we can get our astronauts

Maar laten we aannemen dat we onze astronauten

safely to the surface of their destination.

veilig ter bestemming afleveren.

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

Eens daar, veronderstel ik dat ze er de weg willen vinden.

Well, with this clock technology,

Met deze kloktechnologie

we can now build GPS-like navigation systems

kunnen we gps-achtige navigatiesystemen bouwen

at other planets and moons.

op andere planeten en manen.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

Beeld je in dat je gps hebt op de Maan of op Mars.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

Kan je je al een astronaut indenken staande op het oppervlak van Mars

with Olympus Mons rising in the background,

met Olympus Mons opdoemend op de achtergrond

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

en ze kijkt op haar uitgave van Google Maps Mars

to see where she is

om te zien waar ze is

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

en om een route uit te zetten naar haar bestemming.

Allow me to dream for a moment,

Laat me even dromen

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

en praten over iets in de verre, verre toekomst,

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

wanneer we mensen gaan sturen

naar plaatsen veel verder weg dan Mars,

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

plaatsen waar wachten op een signaal van de Aarde om te navigeren

is just not realistic.

niet langer realistisch zijn.

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

Beeld je in dit scenario in dat we een constellatie hebben,

a network of communication satellites scattered throughout deep space

een netwerk van communicatiesatellieten verspreid over de diepe ruimte

broadcasting navigation signals,

die navigatiesignalen uitzenden.

and any spacecraft picking up that signal

Elk ruimtetuig dat dat signaal kan oppikken,

can travel from destination to destination to destination

kan reizen van bestemming naar bestemming naar bestemming

with no direct tie to the Earth at all.

zonder enig rechtstreeks contact met de Aarde.

The ability to accurately measure time in deep space

De mogelijkheid om nauwkeurig tijd te kunnen meten in de diepe ruimte

can forever change the way we navigate.

kan de manier waarop we navigeren voor altijd veranderen.

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

Maar het kan ons ook een hoop coole wetenschap opleveren.

You see, that same signal that we use for navigation

Want het signaal dat we gebruiken voor navigatie

tells us something about where it came from

vertelt ons iets over waar het vandaan kwam

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

en de weg die het volgde op zijn reis van antenne naar antenne.

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

Die reis geeft ons data om betere modellen te bouwen,

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

betere modellen van planetaire atmosferen doorheen ons zonnestelsel.

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

We kunnen oceanen onder het ijs op verafgelegen bevroren manen ontdekken,

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

misschien zelfs ruimterimpels door relativistische zwaartekracht detecteren.

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

Met autonome navigatie aan boord kunnen we meer ruimtetuigen onderhouden,

more sensors to explore the universe,

meer sensors om het universum te onderzoeken

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

en het geeft ook navigators -- mensen als ik -- de handen vrij

to work on finding the answers to other questions.

om te werken aan de antwoorden op andere vragen.

And we still have a lot of questions to answer.

En we hebben nogal wat vragen te beantwoorden.

We know such precious little about this universe around us.

We weten nog zo weinig over dat universum rondom ons.

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

In de laatste jaren hebben we ongeveer 3.000 nieuwe planetaire systemen ontdekt

outside of our own solar system,

buiten ons eigen zonnestelsel

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

en die systemen zijn de thuis van bijna 4.000 exoplaneten.

To put that number in context for you:

Om dat aantal een beetje te verduidelijken:

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

toen ik als kind voor het eerst over planeten hoorde,

there were nine,

waren er negen,

or eight if you didn't count Pluto.

of acht, als je Pluto niet meetelt.

But now there are 4,000.

Nu zijn er 4.000.

It is estimated that dark matter

Men schat dat donkere materie

makes up about 96 percent of our universe,

96% uitmaakt van ons universum

and we don't even know what it is.

en we weten niet eens wat het is.

All of the science returned

De hele wetenschap

from all of our deep space missions combined

uit al onze diepe ruimtemissies bij elkaar

is just this single drop of knowledge

is maar een druppeltje kennis

in a vast ocean of questions.

in een uitgebreide oceaan van vragen.

And if we want to learn more,

Als we meer willen leren,

to discover more, to understand more,

meer ontdekken, meer begrijpen

then we need to explore more.

dan moeten we meer onderzoeken.

De mogelijkheid om de tijd nauwkeurig bij te houden in de diepe ruimte

The ability to accurately keep time in deep space

will revolutionize the way that we can explore this universe,

zal de manier waarop we de ruimte verkennen grondig veranderen

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

en zou een van de sleutels kunnen zijn om de geheimen te ontsluiten

that she holds so dear.

waar ze zo aan vasthoudt.

Thank you.

Dank.

(Applause)

(Applaus)