Atomi, orologi e satelliti


#1

#2

Un grande ringraziamento a Marco per questo dettagliato articolo.


#3

Mi sia consentito di brindare :beer: allo “spiegone” di IK1ODO (nella speranza che sia il primo di una lunga serie!)
Complimenti, Zio!


#4

Grazie Paolo e Roberto. Spero che vi piaccia… il primo orologio atomico è entrato in casa mia nel 1985. E’ un rubidio Sperry del 1967, serial number 002, e funziona ancora :slight_smile: dopo amorose cure!
A parte le storie personali, la determinazione del tempo è un argomento affascinante. Credo che possa servire a capire quanto lavoro di ricerca di base esista dietro cose che la gente dà per scontate, come navigare col telefonino o fare una transazione bancaria.


#5

Grande articolo Marco!
Un benvenuto pubblico ufficiale da parte mia per essere entrato nella squadra con questi fantastici contributi!


#6

Unisco il mio apprezzamento per l’articolo, che coniuga capacità di sintesi con chiarezza dell’esposizione, due doti non facilmente riscobtrabili, quantomeno in contemporanea.
Grazie !


#7

Bell’articolo! Molto chiaro ed esaustivo. Complimenti![emoji481]:ok_hand:


#8

Bell’articolo, adesso ci ho capito qualcosa in più…credo.
In pratica, nota la frequenza che porta a eccitazione un dato elemento chimico, si mantiene in frequenza l’eccitatore con verifiche continue dello stato dell’elemento. Dalla frequenza nota e ora sicura, si estrae il “tempo”.

Corretto?


#9

Esatto!

L’unica eccezione, che non ho spiegato, è il maser a idrogeno. Lì è proprio l’atomo di idrogeno neutro che viene stimolato a emettere un segnale a 1420,405 MHz, proprio quello della “riga” dell’idrogeno osservata in radioastronomia. Diciamo, semplicisticamente, che basta scindere molecole di H2, mandare i singoli atomi in una bottiglia vuota che risuoni a 1420,405 MHz, raccogliere il segnale emesso dagli atomi di idrogeno e dividere la frequenza, e si ottiene il campione.


#10

Wow! Non ho capito i dettagli perché mi mancano le basi, ma lo stile mi piace tantissimo.
E mi chiedo: a bordo delle Voyager o comunque di sonde molto lontane da Terra, come si calcola? Prendendo sempre come riferimento l’UTC terrestre immagino… Un po’ come quando in Star Trek traducono la data astrale con il tempo terrestre :grin:


#11

Veronica, devi tirare in ballo la relatività. Ma anche sulla Terra è un gran casino… ogni orologio accelera secondo la quota a cui si trova, e rallenta per la velocità tangenziale della Terra in quel punto, secondo la relatività generale. Per cui il tempo standard è definito a livello del mare, e poi ogni orologio è corretto per gli errori relativistici. Lo stesso dicasi per i satelliti di navigazione. Le sonde hanno un loro clock, che batte secondo l’UTC, ma siccome il concetto di relatività non esiste, ogni orologio va per proprio conto secondo la propria linea di universo, e bisogna tenerne conto. Con Newton la cosa era tanto più facile!
Gli ultimi campioni ottici sono così stabili da poter vedere una differenza di quota di pochi cm (parlo sempre di correzioni relativistiche in funzione del campo gravitazionale terrestre); si sta cominciando a pensare di usarli per fare rilievi geodetici.


#12

Bellissimo articolo, grazie Marco!


#13

Gli orologi al rubidio a bordo di Gaia sono così sensibili che riusciamo a misurare la differenza di tempo tra i due orologi, uno sulla Terra e l’altro sul satellite, che divergono sempre più via via che la missione prosegue, proprio per la posizione differente nel “pozzo gravitazionale” del Sole.
Questo ha implicazioni pratiche nelle operazioni: se desideriamo che Gaia esegua un comando alle ore X UTC, allora dobbiamo caricarlo a bordo tenendo conto anche del delta relativistico.
I dati che vengono “timestampati” a bordo vengono tradotti in UTC tenendo conto dello stesso fattore.
Insomma, la cosiddetta “time correlation” tra i due orologi (Terra e Gaia) è fondamentale visto il livello di precisione richiesto nel contrassegno temporale dei dati scientifici raccolti.


#14

Marco, giusto per avere un’idea, a questo punto della missione di che ordine di grandezza si sta parlando per il delta? millisecondi? secondi?


#15

Marco, dimmi se ho capito bene il discorso della correzione del tempo. Invio il segnale alla sonda all’istante t sapendo che arriverà a bordo a t+k ( k definito come il tempo per percorrere la distanza alla velocità della luce). Ma non basta, devo introdurre un fattore correttivo in piú per il fatto che il tempo scorre a diverse “velocità”.Giusto?


#16

Penso di sì. Anzitutto, le due stazioni si muovono reciprocamente, come minimo a causa della rotazione terrestre, e poi del movimento orbitale del satellite. La velocità relativa si può misurare dallo spostamento doppler di un segnale ricevuto e ritrasmesso (ecco perchè ci sono i transponders con rapporto fisso tra frequenza di ingresso e uscita, coherent mode). A questo punto invii da una delle stazioni un marcatempo, più la correzione per la distanza; e l’altra stazione può sincronizzarsi. Alla fine penso che quello che conta è conoscere il tempo di un evento a bordo, e fare un correzione precisa per ricondurlo alla scala temporale a terra. Ma credo che Marcozambi potrà essere più preciso :slight_smile:


#17

Marco, nell’articolo dici che ci sono orologi sperimentali ad itterbio, che diminuiranno lo scarto di un fattore 10. Quindi in futuro potremmo avere navigatori satellitari con un errore di posizionamento sui 40 cm, visto che ora siamo intorno ai 4 metri? :astonished:


#18

Gli errori dei sistemi di navigazione non dipendono solo dallo scarto degli orologi, ma da un sacco di altri parametri. Mi sa che fare un prossimo approfondimento sulle tecnologie di navigazione potrebbe essere una buona idea… eh?


#19

la trovo un ottima idea!


#20

Ottimo articolo, e grazie per le ottime spiegazioni.:clap: