Einstein aan boord van het International Space Station

ACES wordt in 2004 aan de buitenzijde van de Europese ISS-module Columbus aangebracht
16 juli 2002

In het kader van een ESA-experiment met uiterst nauwkeurige atoomklokken zullen onderzoekers aan boord van het International Space Station (ISS) de relativiteitstheorie van Einstein testen. Het experiment ACES of Atomic Clock Ensemble in Space zal in 2004 van start gaan.

ACES wordt een opzienbarend experiment. Het zal de tijd nauwkeuriger meten dan ooit, en zo op zoek gaan naar uiterst kleine effecten die de speciale relativiteitstheorie misschien wel deels zullen weerleggen. Een beter inzicht op dit gebied kan de voorstelling die we van het heelal hebben volledig veranderen.

Atomen geven de maat aan

ACES bestaat uit vier elementen die op een pallet gemonteerd worden. De atoomklokken PHARAO en SHM vormen het hart van ACES. PHARAO (Projet d’Horloge Atomique par Refroidissement d’Atomes en Orbite) is een cesiumklok en SHM (Space Hydrogen Maser) een waterstof-maserklok. Ze zenden via een laser- en microgolfverbinding tijdgegevens naar de aarde.

De twee atoomklokken werken eigenlijk zoals alle klokken op aarde. Ze bestaan uit een 'maatgever' en een telwerk dat de maten telt en aangeeft. Maar waar bij een goede oude klassieke klok een slingerende pendel de maat aangeeft, zijn het bij een atoomklok atomen met een wisselende energietoestand die de basis van de tijdmeting vormen. Deze trillende atomen vormen op die manier een soort natuurlijke klok die uiterst juist en stabiel loopt. Wie bijvoorbeeld wil meemaken dat een normale cesiumatoomklok één seconde voor- of achterloopt, moet 33 miljoen jaar oud worden... De cesiumklok PHARAO, speciaal ontworpen om te werken in gewichtloosheid, is nog veel nauwkeuriger.

Signalen tussen de aarde en het ISS

Meting van de duur van de signalen tussen de aarde en het ISS
Meting van de duur van de signalen tussen de aarde en het ISS

Einstein stelde in zijn speciale relativiteitstheorie van 1905 dat voor een waarnemer, die met een gelijkblijvende snelheid voortbeweegt, de wetten van de natuurkunde en de snelheid van het licht onveranderlijk zijn, ongeacht zijn snelheid en de richting waarin hij beweegt. Een voorwerp valt bijvoorbeeld altijd loodrecht naar beneden, of de persoon die het laat vallen zich nu op straat, aan boord van een hogesnelheidstrein of in een straalvliegtuig bevindt.

Als deze persoon twee klokken bij zich heeft, dan moeten die steeds gelijk lopen. Maar misschien zijn er wel hele kleine verschijnselen die niet in overeenstemming zijn met de relativiteitstheorie? Dergelijke eventuele afwijkingen van de theorie konden tot nu toe niet met behulp van experimenten worden vastgesteld. De meetnauwkeurigheid was daarvoor niet groot genoeg. Maar door het met elkaar vergelijken van uiterst gevoelige atoomklokken die ook in gewichtloosheid werken, kunnen zelfs de meest onbeduidende tijdverschillen worden vastgesteld. Als die verschillen ook werkelijk optreden, betekent dat een revolutie in de natuurkunde. Want volgens Einsteins relativiteitstheorie zijn ze uitgesloten.

Uiterste nauwkeurigheid met praktische gevolgen

ACES biedt ook nieuwe perspectieven voor toegepast onderzoek en praktische toepassingen. Door de nooit eerder geziene nauwkeurigheid, ook bij het doorsturen van de tijdgegevens, is het met ACES bijvoorbeeld mogelijk de verschillende atoomklokken op de aarde beter met elkaar te vergelijken. Zo kan dan weer de Internationale Atoomtijd wezenlijk nauwkeuriger dan voorheen bepaald worden.

Ook navigatiesystemen met satellieten zoals GPS profiteren van ACES. Door de grotere nauwkeurigheid zal men met millimeterprecisie aan plaatsbepaling kunnen doen. Daardoor worden technische toepassingen mogelijk, die nu nog toekomstmuziek zijn, zoals bijvoorbeeld de volledige automatisering van het opstijgen en landen van vliegtuigen.

De prototypes van de ACES-componenten zijn in de herfst van dit jaar klaar. Het vluchtmodel van de ACES-eenheid wordt dan in de zomer van 2004 aan de NASA geleverd en eind 2004 aan boord van een spaceshuttle naar het ISS gebracht. Uiteindelijk krijgt ACES tijdens een ruimtewandeling en met behulp van de robotarm van het ISS een plaats aan de buitenkant van de Europese onderzoeksmodule Columbus.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.