冷原子钟起什么作用？

导航都依赖原子钟，因为只有原子钟能够在足够小的体积内实现优于1纳秒的精度。但现在的导航卫星，无论是GPS还是北斗，都使用普通原子钟，也可以称为热原子钟（相对冷原子钟而言）。其基本原理是利用特殊原子（例如氢原子、铷原子、铯原子）的某个特定跃迁频率，这个频率有极高的稳定性，精度可以到皮秒甚至飞秒，但原子的这个跃迁频率不能直接用，需要通过电磁波与原子相互作用，间接地用电磁波把这个频率导出来，这是原子钟的基本原理。

美中不足的是，原子都有热运动，常温下大概几百米每秒。这使得原子和电磁波的作用时间太短，导致得到的原子钟精度不高，也就到纳秒量级，这就是目前GPS和北斗上面正在用的原子钟。幸运的是，上世纪九十年代，美籍华人朱棣文发明了激光冷却原子的技术，可以用几束激光把原子团冷却到绝对零度附近，也就是让原子几乎一动不动。当把这种冷却后的原子放进微波场的时候，原子与微波的作用时间大大加长，使得原子钟的精度显著提高，达到了皮秒量级。
然而科学家们总是贪得无厌的，皮秒量级的精度还嫌不够。因为原子团在进入微波场后，由于重力作用，很快速度变大，使得原子与微波的作用时间还是满足不了科学家的胃口。

兜了这么一大圈，可算说到正题了。为了继续延长原子和微波的作用时间，科学家们想到了太空，在那里没有重力，原子理论上可以在一个位置悬浮很久，当然由于太空飞行器的各种限制，事实上不可能无限制悬浮，但无论如何原子与微波的作用时间可以比地面增大很多，目前保守估计可以把时钟精度再提高一个数量级，如果其它方面都做到位的话，精度应该还可以更高。

由于空间冷原子钟可以在太空中对其它卫星上的星载原子钟进行无干扰的时间信号传递和校准，从而避免大气和电离层多变状态的影响，使得基于空间冷原子钟授时的全球卫星导航系统具有更加精确和稳定的运行能力。

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