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天宮二號空間冷原子鐘功能結(jié)構(gòu)與工作原理。中科院空間中心供圖
　　“在過去二十年有很多人努力要把冷原子鐘送到空間，中國第一次展示了空間冷原子鐘實驗，這是一項驚人的技術(shù)成就?！?br/>　　“在太空中進行冷原子實驗是當(dāng)前最有吸引力的前沿方向，由于中國的重要貢獻(xiàn)，世界上第一次完成了這樣的實驗。”
　　“隨著實驗的成功，中國在天基冷原子傳感器的研究走在了世界的最前沿。”
　　天宮二號空間實驗室中在軌運行近兩年的世界首臺空間冷原子鐘宣布實現(xiàn)了預(yù)定的科學(xué)目標(biāo)。7月24日在線發(fā)表的《自然—通訊》雜志以亮點文章形式在線發(fā)表了這一成果。多位國際同行專家對此成果作出上述高度評價。
　　2016年9月25日，天宮二號空間實驗室成功發(fā)射并順利進入運行軌道，由中國研發(fā)的世界首臺太空運行的冷原子鐘也終于上天。
　　冷原子鐘是把原子某兩個能級之間的躍遷信號作為參考頻率輸出信號的高精度時鐘，同時利用激光使原子溫度降至絕對零度附近，使原子能級躍遷頻率受到更小的外界干擾，從而實現(xiàn)更高的精度。
　　在微重力環(huán)境下運行高精度原子鐘的意義，可能更加重要?！翱臻g冷原子鐘的應(yīng)用潛力很大?！敝袊茖W(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所研究員劉亮說，“基礎(chǔ)研究方面，測量廣義相對論、暗物質(zhì)、引力波等，都可能用到冷原子鐘；它還可以跟‘北斗’衛(wèi)星上的原子鐘同步，讓我們的導(dǎo)航系統(tǒng)更穩(wěn)定，導(dǎo)航精度更高。”
　　2007年，在空間冷原子鐘分系統(tǒng)首席科學(xué)家、中科院院士王育竹的指導(dǎo)下，劉亮所領(lǐng)導(dǎo)的空間冷原子鐘團隊成立，開啟了跨越兩代人、長達(dá)十余年的攻關(guān)。
　　上天的項目，不論是原理、樣機，還是初樣，正樣，都有著嚴(yán)格的時間節(jié)點，更何況，他們要做的，是要將一臺3000萬年誤差不到1秒的精密儀器，放到復(fù)雜的空間環(huán)境里穩(wěn)定運行。
　　“要么在實驗室，要么在出差的路上?！眲⒘吝@樣形容原子鐘的研制過程。實際上，直到正樣交付之后，劉亮才規(guī)定團隊成員，以后加班時間不能再超過晚上11點。
　　在載人航天工程總體領(lǐng)導(dǎo)下、在中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心的統(tǒng)一組織下，天宮二號空間冷原子鐘載荷分系統(tǒng)——中科院上海光機所科研團隊終于突破了微重力環(huán)境下運行的冷原子鐘物理系統(tǒng)、長期自主運行的冷原子制備與操控激光光學(xué)系統(tǒng)、銣原子鐘超低噪聲微波頻率源等一系列關(guān)鍵技術(shù)。
　　科研人員在空間微重力環(huán)境下利用激光把銣原子溫度降低到接近絕對零度，利用激光和高精度微波場對制備的冷原子進行操縱和探測，提取出銣原子高穩(wěn)定的能級躍遷頻率作為高精度原子鐘信號，在國際上首次實現(xiàn)了冷原子鐘的在軌穩(wěn)定運行。
　　在軌近兩年時間里，冷原子鐘運行正常、狀態(tài)良好、性能穩(wěn)定，完成了全部既定在軌測試任務(wù)，成功驗證了在空間環(huán)境下高性能冷原子鐘的運行機制與特性。
　　中國的空間冷原子鐘還實現(xiàn)了3000萬年誤差小于1秒的超高精度，將目前人類在太空的時間計量精度提高1~2個數(shù)量級，是基于冷原子的空間量子傳感器領(lǐng)域發(fā)展的一個重要里程碑，為空間超高精度時間頻率基準(zhǔn)的重大需求以及未來空間基礎(chǔ)物理前沿研究奠定了堅實的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。
　　除空間冷原子鐘外，中科院牽頭負(fù)責(zé)的載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)在天宮二號上開展了14項空間科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)，涵蓋了微重力基礎(chǔ)物理、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)、空間天文探測、空間環(huán)境監(jiān)測、對地觀測及地球科學(xué)研究應(yīng)用以及應(yīng)用新技術(shù)試驗等八大領(lǐng)域。
　　相關(guān)論文信息：DOI: 10.1038/s41467-018-05219-z
　　（原載于《中國科學(xué)報》 2018-07-26 第1版 要聞)