تتويجاً لأكثر من 30 عاماً من العمل، تطلق وكالة الفضاء الأوروبية، الاثنين، مجموعةً تضم ساعتين ذريتين إلى محطة الفضاء الدولية بهدف قياس الوقت بدقة عالية جداً واختبار نظرية النسبية.
وستتيح هذه المهمة للعلماء «قياس تأثير الارتفاع على مرور الوقت»، وفق ما أوضح لوكالة الصحافة الفرنسية رئيس مشروع «فاراو» (PHARAO) في «المركز الوطني الفرنسي للدراسات الفضائية» ديدييه ماسونيه.
ومن المعروف منذ عام 1915 ونظرية النسبية العامة لألبرت آينشتاين أن الزمن ليس هو نفسه في كل مكان، فهو يُبطئ على مقربة من جسم ضخم، إلى درجة التوقف عند حافة ثقب أسود.
وعلى كوكب الأرض، يمر الوقت بشكل أسرع عند قمة برج إيفل منه عند قاعدته، ولكن «أثر آينشتاين» هذا ضئيل جداً. غير أنه يصبح ملحوظاً عند الابتعاد أكثر في الفضاء.
ولا بد لأنظمة تحديد المواقع عبر الأقمار الاصطناعية، مثل نظام تحديد المواقع العالمي (جي بي إس)، أو نظام «غاليليو»، من أن تأخذ هذا المُعطى في الاعتبار للتمكن من توفير موقع دقيق. والساعات الذرية لهذه الأنظمة المتموضعة على ارتفاع 20 ألف كيلومتر تتقدم بأربعين ميكروثانية كل يوم مقارنة بتلك الموجودة على كوكب الأرض.
ويهدف هذا المشروع إلى تحسين قياس هذا «التحول الجاذبي» بِقَدر منزلتين عشريتين، للوصول إلى دقة تصل إلى «واحد على المليون»، حسب ماسونيه.
ويتولى صاروخ «فالكون - 9» تابع لشركة «سبايس إكس» ينطلق الاثنين من قاعدة «كاب كانافيرال» الأميركية نقل نظام «إيسز» (ACES) المكون من ساعتين ذريتين إلى محطة الفضاء الدولية المتموضعة على ارتفاع 400 كيلومتر.
وتشكّل الساعة الأولى «فاراو» القلب النابض لهذا النظام. فداخل أنبوب مفرغ من الهواء، سيتم تبريد ذرات السيزيوم بالليزر إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق (-273 درجة مئوية). وعند تجميدها بفعل البرد وفي ظل انعدام الوزن، ستحتسب اهتزازاتها عند تردد معين بدقة أكبر من تلك الموجودة على الأرض.
الثانية الذرية
ما علاقة هذا بالوقت؟ عُرِّفَت الثانية (وهي الوحدة الزمنية) طويلاً على أنها جزء من دوران كوكب الأرض، أو 1/86400 من اليوم الشمسي المتوسط. لكن كوكب الأرض لا يدور بانتظام، على عكس تكتكة الذرة.
منذ عام 1967، تُعادل الثانية رسمياً 9.192.631.770 فترة من الموجة الكهرومغناطيسية المنبعثة من ذرة السيزيوم 133 التي تغير حالة الطاقة.
عند دمجها مع ساعة ذرية أخرى هي ساعة مازر العاملة بالهيدروجين، توفر «فاراو» دقةً واستقراراً كبيرين جداً، ولن تنحرف إلا بقدر ثانية واحدة فحسب كل 300 مليون سنة.
وأكد المسؤول البريطاني عن مشروع «إيسز» في وكالة الفضاء الأوروبية سيمون وينبرغ، خلال مؤتمر صحافي، أن «الانطلاق من مفهوم ساعة ذرية، ودخول المدار، والتمكن من الحفاظ على معيار الثانية في محطة الفضاء الدولية وإشراكه مع الساعات الذرية في كل مكان على الأرض أثبت أنه مشروع بالغ الصعوبة والدقة من الناحية التكنولوجية».
وشهدت هذه «الرحلة الطويلة» التي بدأت قبل 32 عاماً الكثير من التقلبات والمنعطفات والصعوبات. من تصغير حجم الساعة الذرية وتكييفها مع البيئة الفضائية، بعدما كان نموذجها الأصلي «يشغل غرفة كاملة» في مرصد باريس، إلى تصميم وصلة موجات صغرى دقيقة بما يكفي لنقل وقت «فاراو» إلى كوكب الأرض بشكل موثوق به.
وعلى الأرض، ستتولى تسع محطات في أنحاء عدة من العالم (في أوروبا واليابان والولايات المتحدة) مقارنة وقت «فاراو» بالوقت الذي تقيسه ساعاتها الخاصة.
وقال المسؤول عن أنشطة «فاراو - إيسز» في مرصد باريس، فيليب لوران، لوسائل الإعلام، إن «الاختلافات ستخضع للتحليل لتحديد ما إذا كانت النتيجة متسقة مع توقعات نظرية النسبية».
وإذا لم تكن الحال كذلك، «ستُفتح نافذة جديدة في عالم الفيزياء». من الذي سيتعين عليه إجراء التعديلات اللازمة لجعل معادلات آينشتاين تتطابق مع الملاحظات؟
وربما يكون ذلك تقدماً في السعي إلى ما يطمح إليه الفيزيائيون، وهو التوفيق بين النسبية العامة التي تفسر كيفية عمل الكون، والفيزياء الكمومية التي تحكم اللامتناهي في الصغر، وهما نظريتان تعملان بشكل جيد جداً، لكنها غير متوافقتين حتى الآن.
