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在航天器進(jìn)入太空后，每天有一項雷打不動(dòng)的工作需要執行，那就是不間斷地確認自身與地面之間的距離有多遠。

這是為了讓地面控制中心更好地掌握航天器所處位置，不然在太空迷路可不是那么容易找到回家的路。

因此在地球表面的控制中心就會(huì )不停地向航天器發(fā)送信號（信號以光速傳播），當航天器收到后，同樣也會(huì )進(jìn)行回復。

然后通過(guò)測量信號進(jìn)行雙向傳遞所需的時(shí)間，結合距離計算公式——速度乘以時(shí)間，地面控制中心就可以計算出航天器的飛行軌跡、所處位置及前進(jìn)方向。

看起來(lái)好像挺復雜，但簡(jiǎn)化一下，其實(shí)和我們日常生活非常相似。

假設你上班的地方距離你家有10分鐘的步行路程，并且已知你1分鐘可以走400米，那么你可以大約計算出你家與公司之間的距離，當你從家中出發(fā)7分鐘后，你就可以知道你距離公司還有多遠。

而這個(gè)7分鐘的時(shí)間我們一般是通過(guò)日常使用的時(shí)鐘來(lái)測量的。

不過(guò)航天器與地面控制中心之間的雙向傳遞時(shí)間卻不是我們日常使用的時(shí)鐘能夠精準測量的。

依照太空航行標準，用來(lái)計時(shí)的時(shí)鐘必須具有非常好的穩定性，這個(gè)穩定性指的是時(shí)鐘可以在一定時(shí)間內持續準確測量一個(gè)時(shí)間單位。比如說(shuō)，它在幾天甚至幾周內對一秒長(cháng)度的度量必須相同。

而我們目前大多數時(shí)鐘一般都使用石英晶體震蕩器來(lái)計時(shí)。

這些振蕩器利用石英晶體的“壓電效應”，通過(guò)向其施加電壓時(shí)，石英晶體會(huì )以精確的頻率產(chǎn)生振動(dòng)，而這個(gè)振動(dòng)就類(lèi)似古老的擺鐘擺動(dòng)，以此勾勒出時(shí)間的足跡。

可惜石英鐘并不是很穩定，即使是品質(zhì)最好的石英振蕩器，僅一個(gè)小時(shí)后，就會(huì )產(chǎn)生十億分之一秒的誤差，六周后，它們就可能會(huì )偏離整整一微秒。

這對于測量快速移動(dòng)的航天器位置將產(chǎn)生巨大誤差。

所以航天計時(shí)使用的是現今地球上最精準的時(shí)鐘——原子鐘。

什么是原子鐘？

自上世紀五十年代以來(lái)，計時(shí)的黃金標準一直都是地面原子鐘。

1948年世界第一臺原子鐘

在1967年，國際計量大會(huì )通過(guò)了把原來(lái)基于天體宏觀(guān)周期運動(dòng)的時(shí)間單位“秒”長(cháng)定義改變?yōu)殇C133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個(gè)周期的持續時(shí)間。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們知道原子是由被電子包圍的原子核（質(zhì)子和中子）組成。

而這些環(huán)繞原子核的電子并不穩定，如果受到了類(lèi)似微波形式的能量沖擊，這些電子就會(huì )上升到原子核周?chē)叩能壍溃芗墸?/strong>。