NASA membutuhkan jam atom di luar angkasa karena waktu yang meleset sedikit saja bisa mengacaukan navigasi dan operasi misi. Di orbit maupun ruang angkasa, selisih waktu yang sangat kecil dapat menentukan apakah satelit tetap berada di lintasan atau justru meluncur kembali ke Bumi.
Masalahnya sederhana: jam biasa tidak cukup presisi untuk lingkungan luar angkasa. Setiap mekanisme jam punya ketidaksempurnaan kecil, dan perbedaan itu membuat akurasi waktu cepat terganggu saat perangkat bekerja lama di luar angkasa.
Jam digital memang mengandalkan kristal kuarsa yang berosilasi 32.768 kali per detik. Secara teori, setiap getaran ke-32.768 dihitung sebagai satu detik, tetapi dalam praktiknya kristal kuarsa melambat seiring waktu.
Dalam satu jam, jam kuarsa bisa meleset satu nanodetik. Setelah enam minggu, selisih itu dapat tumbuh menjadi setidaknya satu milidetik, dan kesalahan yang terus menumpuk ini membuat pengukuran waktu presisi sangat sulit.
Jam atom menawarkan pendekatan yang berbeda karena memanfaatkan sifat alami atom. Atom dari unsur yang sama identik, tidak aus, dan tidak melambat seperti komponen buatan manusia.
Saat atom menerima energi dengan frekuensi tertentu, elektronnya berpindah orbit. Frekuensi itu dapat diukur untuk menghasilkan pengukuran waktu yang sangat tepat.
Meski begitu, jam atom tidak bekerja secara ajaib tanpa bantuan teknologi lain. Jam ini menyalurkan frekuensi energi melalui osilator kristal kuarsa, lalu sistemnya mengoreksi kapan kuarsa perlu disesuaikan agar kembali akurat.
Koreksi mandiri itulah yang membuat jam atom jauh lebih presisi dibanding jam buatan manusia lainnya. Karena itu, NASA memasang jam atom pada setiap perangkat yang diluncurkan ke ruang angkasa atau orbit.
Bahkan satelit GPS menggunakan jam atom, meski perangkat itu tetap menerima pembaruan waktu dari jam berbasis darat yang lebih stabil. Jam di darat itu tidak bisa bertahan di luar angkasa, tetapi masih menjadi acuan penting untuk menjaga ketepatan waktu satelit.
NASA juga mengembangkan jam atom khusus yang dirancang bertahan jauh dari Bumi. Salah satunya adalah Deep Space Atomic Clock atau DSAC, yang diluncurkan pada 2019 sebagai versi miniatur dari teknologi jam atom berbasis Bumi.
DSAC memakai energi yang lebih rendah dan mengecilkan ukuran teknologi yang sebelumnya dipakai pada jam atom konvensional. Kunci utamanya ada pada ion merkuri, bukan atom netral seperti pada banyak jam atom lain.
Ion merkuri bermuatan sehingga bisa ditahan dalam “perangkap elektromagnetik” yang lebih tahan terhadap kondisi ruang angkasa. Pendekatan ini membantu DSAC menghindari gangguan lingkungan yang bisa memicu kesalahan frekuensi pada atom di dalam ruang vakum.
Dalam pengukuran, DSAC diklaim bisa 50 kali lebih akurat daripada jam atom pada satelit GPS. Driftnya hanya kurang dari satu nanodetik setiap empat hari, atau setara dengan kesalahan satu detik setelah 10 juta tahun.
Bagi NASA, presisi seperti ini bukan sekadar keunggulan teknis. Untuk misi ruang angkasa yang makin jauh, termasuk perjalanan ke Mars, ketepatan waktu seperti DSAC dapat menjadi fondasi navigasi, komunikasi, dan kendali misi yang lebih andal.
