La ESA pone a prueba la famosa teoría de Einstein: los relojes atómicos han llegado al espacio para la misión ACES

Un reloj que se atrasa un segundo cada 300 millones de años es quizás, para el ciudadano medio, lo mismo que matar moscas con un cañón. En ningún momento de nuestra vida diaria necesitaremos medir ningún acontecimiento temporal con tanta precisión.

Sin embargo, la idea detrás de la misión ACES no es que los astronautas sepan exactamente cuánto tiempo tarda en calentarse su café, sino probar la teoría de la relatividad de Einstein y abrir nuevos campos de investigación sobre los fundamentos de la física desde la órbita alrededor de nuestro planeta.

El reloj consta de dos instrumentos, el PHARAO, un reloj de 91 kg que funciona midiendo átomos de cesio superenfriados mediante láseres. El uso de este tipo de relojes no es trivial, ya que, según el actual sistema internacional de unidades, un segundo es la duración de 9.192.631.770 ciclos de oscilación de un átomo de cesio.

Acompañando a PHARAO estará el Máser de Hidrógeno Espacial (SHM), un instrumento capaz de medir el tiempo utilizando átomos de hidrógeno. Por separado, estos relojes son extraordinariamente precisos, pero juntos alcanzan otro nivel, necesario para redefinir los estándares mundiales de medición del tiempo.

¿Por qué querríamos un reloj tan preciso en el espacio?

Estos instrumentos llegaron el 25 de abril de 2025 al laboratorio Columbus de la Estación Espacial Internacional, y un brazo robótico los instalará en el sistema de carga útil nadir externo, que mira hacia nuestro planeta. De esta forma, los laboratorios terrestres podrán comunicarse entre sí mediante microondas (MLW) y láseres para sincronizar sus relojes con una precisión sin precedentes.

Una vez instalado, ACES acompañará durante 30 meses a la ISS en su viaje alrededor del planeta, al que da unas 16 vueltas al día. Durante este tiempo, se espera realizar al menos 10 campañas de medición de 25 días cada una, para captar las mínimas variaciones temporales provocadas por la influencia de la gravedad y la velocidad orbital de la Tierra . En otras palabras, ACES cuantificará los efectos de la Teoría de la Relatividad de Einstein y probará sus predicciones.

Pero no todo es teoría: los instrumentos también tienen aplicaciones en el mundo real. Por ejemplo, una medición tan estable del tiempo orbital permitirá una mejor sincronización de los sistemas globales de posicionamiento por satélite y aumentará significativamente la precisión de los sistemas GPS.

Además, otros sistemas de telecomunicaciones que también requieren objetos en órbita, como Internet, podrían beneficiarse de un reloj de este tipo para operar con mayor seguridad. En otras palabras, este reloj podría ser la piedra angular para que el mundo digital funcione de forma coordinada.

¿Cómo afecta la teoría de Einstein a los satélites?

Según los efectos relativistas, tanto la velocidad de un cuerpo como su posición relativa a una fuente gravitacional afectan su percepción del paso del tiempo. Así, el llamado “desplazamiento al rojo gravitacional” provoca que los satélites sientan el paso del tiempo de forma diferente a como lo hacemos nosotros en la superficie del planeta.

El efecto es especialmente notable en los satélites Galileo y GPS, que orbitan a unos 20.000 kilómetros sobre la superficie. Como resultado, sus relojes atómicos están desincronizados con el de la Tierra en unos 40 microsegundos por día, por lo que tienen que corregir su fecha constantemente.

Al utilizar ACES, los investigadores esperan comprender mejor las fluctuaciones temporales causadas por el efecto Einstein y aumentar así la precisión de las mediciones satelitales. También esperan utilizar los relojes para crear mapas geodésicos más precisos o para medir pequeñas variaciones que ocurren debido a fenómenos relacionados con las interacciones entre la gravedad y la mecánica cuántica.

Referencia de la noticia:

ACES: Atomic Clock Ensemble in Space. Science & Exploration.