作為一名原子鐘研究人員，我來回答這個問題。

介紹深空原子鐘之前，我想先談談原子鐘的種類。原子鐘是一種輸出極其精密的時間或者頻率的儀器，有很多種型別，應用領域各不相同。根據工作原子劃分，有銣原子鐘，銫原子鐘，氫原子鐘，汞原子(離子)鍾，鈣原子(離子)鍾等。根據工作原理劃分，有微波原子鐘，光鍾。

有的原子鐘又只有火柴盒大小，比如晶片原子鐘，這種原子鐘相比其它型別原子鐘精度差一點，但是體積極小，功耗極低。這種原子鐘精度不高，但是相比非原子實現的時間頻率儀器，長期效能還是好很多，因此在微小型裝置裡面用處極大。

從上面介紹的兩種原子鐘可以看出，原子鐘的發展主要圍繞兩大主題：一個是精度;另一個是體積和功耗。精度極高，又小巧玲瓏當然完美，但是科學家要實現必須攻克一道道難關。

前面說了這麼多，回到真正的問題，深空原子鐘。既然是深空原子鐘，這種原子鐘必然是應用在離地球又高又遠的探測裝置上。在那遙遠的空間中，能源是緊缺的，因此要求原子鐘不能像房間那麼大，也不能過個三五年時間精度嚴重下降。因此，需要有個權衡。所以深空原子鐘的特點是，精度在原子鐘裡面不是最差的，也不是最好的，體積功耗在原子鐘裡面不是最大的，也不是最小的。另外，這種深空原子鐘是採用汞離子實現的，至於為什麼採用汞，需要長篇大論的學術用語，這裡就不展開了。

要想弄清楚這個問題，首先需要了解什麼是原子鐘：

原子鐘是一種利用微波中的超精細躍遷頻率、光學中的電子躍遷頻率或原子電磁光譜中的紫外區作為其計時元件頻率標準的時鐘裝置。原子鐘是當今世界已知的最精確的時間和頻率測量基準，並已被用作國際時間分配服務的主要計量標準。目前，該標準主要應用在控制電視廣播的波頻、以及全球衛星導航系統(如GPS)的測量定位中等。

圖 FOCS-1原子鐘(瑞士)。主要頻率基準裝置，是世界上最精確的時間測量裝置之一，攝於瑞士聯邦計量院。

原子鐘以原子物理學為主要工作原理：它以測量原子中電子在改變能級時發出的電磁訊號為主要基準。早期的原子鐘使用室溫環境下的微波發射裝置（Masers），自2004年以來，一種更準確的原子鐘問世，該種原子鐘首次將原子在絕對零度下冷卻，並利用鐳射使它們減速，隨後在微波釜內進行探測。透過這種方法制造的原子鐘的一個最典型例子為NIST-F1原子鐘，它目前是美國的國家時間和頻率計量標準之一。

圖 NIST-F1原子鐘

原子鐘之所以了不起，是因為它極其精準的精度。

原子鐘的精度主要取決於兩個因素：

第一個是樣品原子的溫度：在絕對零度下，原子移動得速度較慢，這就允許較長的探測時間，提高了測量精度；

第二個是電子或超精細躍遷的頻率和固有線寬：更高的頻率和更窄的線寬增加了測量精度。

原子鐘的這種特點，使得許多國家的國家標準機構都有一個原子鐘網路。這些原子鐘之間相互比較，並保持每天0.000000001秒的同步精度，這就意味著1億天才會產生1s的同步誤差。正是因為原子鐘極其準確的時間精度，才成為NASA發射深空原子鐘的最主要原因。

NASA發射深空原子鐘的一個最主要目的，是為了實現外太空探索的自主導航，開啟更加精準、方便的“星際征途”。

圖 晶片級原子鐘

如果NASA深空原子鐘的太空佈局進展順利，那麼就會在最短的時間內發揮功用，甚至為未來的地月探索方式、自主執行任務等方面提供里程碑式的轉變。

總之，利用NASA深空原子鐘實現太空自主導航、減少與地球之間的頻繁通訊，將是現階段航天器航行方式的巨大改進。