Un reloj que se atrasa un segundo cada 300 millones de años es, quizá, matar moscas a cañonazos para una persona de a pie. En ningún momento de nuestra vida diaria vamos a necesitar medir ningún evento temporal con tanta precisión. Ahora bien, la idea tras la misión ACES no es que los astronautas sepan exactamente cuánto tiempo tarda en calentarse su café, sino que busca probar la Teoría de la Relatividad de Einstein y abrir nuevos campos de investigación en los fundamentos de la física desde la órbita de nuestro planeta.
“El lanzamiento de ACES representa un punto de inflexión no solo para la ciencia espacial europea, sino también para la colaboración internacional y la innovación tecnológica” declaró Daniel Neuenschwander, director de exploración humana y robótica en la ESA. Y no es para menos, puesto que han conseguido enviar al espacio el instrumento de medición del tiempo más preciso jamás puesto en órbita.
En realidad, el reloj está formado por dos instrumentos, PHARAO, un reloj de 91 kg que funciona por la medición de átomos de cesio superenfriados mediante láser. El uso de este tipo de relojes no es baladí, ya que, en la actualidad, según el sistema internacional de unidades, un segundo es la duración de 9.192.631.770 ciclos de oscilación de un átomo de cesio. Acompañando a PHARAO, se encontrará el Maser de Hidrógeno Espacial (SHM), un instrumento que es capaz de medir el tiempo utilizando átomos de hidrógeno. Por separado estos relojes son extraordinariamente precisos, pero juntos consiguen llegar a otro nivel, el necesario para plantearse redefinir los estándares globales de medición del tiempo.
¿Para qué queremos un reloj tan preciso en el espacio?
Estos instrumentos llegarán el día 25 de abril de 2025 al laboratorio Columbus en la Estación Espacial Internacional y un brazo robótico los instalará en el sistema de carga exterior nadir, que se encuentra mirando hacia nuestro planeta. De este modo, los laboratorios situados en tierra firme podrán enlazarse tanto mediante microondas como mediante láser para sincronizar sus relojes con una exactitud sin precedentes.
Según nos explica Noelia Freire, física y colaboradora de National Geographic España: "Lo más fascinante de ACES es que podría convertir el tiempo en una nueva herramienta de exploración. Hay que pensar que, con una precisión tan increíble —del orden de los picosegundos—, podríamos empezar a detectar desviaciones diminutas que hasta ahora habían pasado desapercibidas. Es decir, podrían abrirse las puertas a descubrir desde nuevas interacciones físicas hasta posibles inconsistencias que nadie había notado antes. Casi como si se abriera ante nosotros un abanico de nuevas posibilidades"
Una vez instalado ACES quedará pasará 30 meses acompañando a la EEI en su viaje alrededor del planeta, que cada día da aproximadamente 16 vueltas. Se espera que durante este tiempo lleve a cabo al menos 10 campañas de medición de 25 días cada una que permitan capturar las diminutas variaciones temporales provocadas por la influencia de la gravedad y la velocidad orbital terrestre. Es decir, ACES cuantificará los efectos de la Teoría de la Relatividad de Einstein y pondrá a prueba sus predicciones.
Pero no todo queda en teoría, los instrumentos también tienen aplicaciones para el mundo real. Por ejemplo, una medición tan estable del tiempo orbital permitirá una mejor sincronización de los sistemas satelitales de posicionamiento global y aumentará de forma significativa la precisión de los sistemas GPS. Además, otros sistemas de telecomunicaciones que también requieren de objetos situados en órbita, como internet, podrían beneficiarse de este reloj para operar de forma más segura. Es decir, este reloj podría ser una piedra angular para que el mundo digital opere de forma coordinada.
Cómo el efecto Einstein afecta a los satélites
Según los efectos relativistas, tanto la velocidad de un cuerpo como su posición con respecto a una fuente de gravedad afectan a su percepción del paso del tiempo. Por ello, el también llamado «desplazamiento al rojo gravitacional» provoca que los satélites experimenten el paso del tiempo de forma distinta a la que lo hacemos en la superficie del planeta. El efecto es especialmente notable en los satélites Galileo y los del GPS, que orbitan a unos 20 000 kilómetros de la superficie. Por ello, sus relojes atómicos se desincronizan aproximadamente 40 microsegundos por día con respecto a los terrestres, por lo que han de corregir su fecha constantemente.
Empleando ACES, los investigadores esperan comprender mejor las fluctuaciones temporales producidas por el efecto Einstein y, de este modo, aumentar la precisión en las mediciones de los satélites. Pero no todo queda ahí, también esperan utilizar los relojes para crear mapas geodésicos más precisos o para medir pequeñísimas variaciones que ocurren por fenómenos relacionados por las interacciones entre la gravedad y la mecánica cuántica.
En definitiva, retomando las palabras de Daniel Neuenschwander, el ACES supone una gran innovación que nos recuerda por qué es importante la colaboración internacional para lograr los objetivos más ambiciosos en la ciencia.
Suscríbete a nuestro canal de WhatsApp y recibe las últimas noticias sobre Ciencia, Animales y Medio Ambiente, así como las mejores fotos al estilo National Geographic.
