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Una rete di orologi atomici ultraprecisi è pronta a misurare lo scorrere del tempo dall'orbita terrestre, e a confrontare questi dati con quelli catturati dai più precisi orologi sulla Terra. L'esperimento ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) dell'Agenzia Spaziale Europea è arrivato sulla Stazione Spaziale Internazionale, dove, per i prossimi 5 anni, testerà le teorie fisiche fondamentali sull'interazione tra la gravità e il tempo.
ACES misurerà il tempo dallo Spazio con una precisione mai raggiunta prima d'ora, mettendo alla prova le teorie di Einstein e contribuendo alla ricerca sulle costanti fondamentali della fisica e sulla materia oscura.
Le campagne di misurazione. ACES è stato lanciato verso la ISS a bordo di un Falcon 9 di SpaceX il 21 aprile; per il 25 aprile è prevista la sua installazione all'esterno del modulo Columbus dell'ESA da parte del braccio robotico della Stazione Spaziale Internazionale, Canadarm2. Seguiranno sei mesi per mettere in funzione l'esperimento e un anno di misurazioni per assicurarsi di isolare il suo segnale dal rumore di fondo. A quel punto ACES sarà operativo: nell'arco di 30 mesi di raccolta dati, la struttura effettuerà misurazioni del tempo in orbita per almeno dieci sessioni di 25 giorni ciascuna.
Accoppiata vincente. Il pacchetto di ACES comprende due orologi: PHARAO (Projet d'Horloge Atomique à Refroidissement d'Atomes en Orbite) e SHM (Space Hydrogen Maser). Il primo è un orologio atomico al cesio modellato su un orologio atomico di Parigi che occupa un'intera stanza, ma miniaturizzato per occupare meno di un metro cubo grazie alle possibilità offerte dalle condizioni di caduta libera in cui opera la Stazione Spaziale Internazionale.
SHM è un dispositivo che utilizza atomi di idrogeno per indicare l'ora: sui brevi periodi è incredibilmente stabile, e ciò aiuta a calibrare anche PHARAO. Insieme, la coppia di orologi riesce a essere così precisa da perdere meno di un secondo ogni 300 milioni di anni, 10 volte più precisa degli orologi a bordo dei satelliti GPS.
La misura del tempo. Il segnale captato da ACES verrà trasmesso con due diversi metodi (via laser e con un collegamento nella frequenza delle microonde) a nove stazioni terrestri con i migliori orologi ottici di tutti i continenti, mentre la ISS orbita attorno alla Terra a 27.000 km orari. Il confronto tra le misurazioni del tempo nello Spazio e sulla Terra consentirà agli scienziati di testare la teoria della dilatazione temporale gravitazionale prevista dalla teoria della relatività generale di Einstein, in base alla quale la gravità influenza lo scorrere del tempo.
Sulla Terra, il tempo scorre più velocemente ad altitudini più elevate, come in cima alle montagne, che a livello del mare. ACES permetterà di apprezzare la differenza tra lo scorrere del tempo a quote ancora più alte, a 400 km sopra alla Terra, così da approfondire la nostra comprensione della fisica.
Tempo e velocità. ACES testerà anche una conseguenza della teoria della relatività ristretta di Einstein, secondo la quale più velocemente procede un corpo, più lentamente scorre il suo orologio interno. Poiché la ISS si muove a 8 km al secondo, il tempo su di essa si dilata (rallenta) di una piccola frazione di un secondo rispetto allo scorrere del tempo sulla Terra. Tuttavia, l'effetto è in parte compensato dalla maggiore distanza della ISS dal centro della Terra, che - come prima accennato - sul tempo ha un impercettibile effetto accelerante. Un orologio atomico dovrebbe essere in grado di apprezzare entrambi i fenomeni.
Vita breve. ACES sarà operativo fino alla data di scadenza della Stazione Spaziale Internazionale - il 2030, quando la ISS sarà deorbitata. A quel punto, tra qualche anno, la tecnologia degli orologi atomici sarà ormai probabilmente del tutto sostituita da quella degli orologi ottici, assai più precisi. Anche se la nuova generazione di dispositivi potrebbe non essere ancora abbastanza miniaturizzata e robusta per andare nello Spazio.
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