伴随着“天宫二号”的发射升空，一台“长相”与我们日常所用的钟表完全不同的黑色圆柱体——空间冷原子钟来到太空开始履行自己的使命。这台由中科院上海光学精密机械研究所研制的“定时神针”会实现约3000万年误差1秒的超高精度，是国际首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟，也是目前在空间运行的最高精度原子钟。那么，它是怎样达到这样的超高精度的呢？它又是用来干什么的呢？
① 超高精度的“高冷”钟
空间冷原子钟是在地面喷泉原子钟的基础上，科学家们将激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合的喷泉冷原子钟，主要包括物理单元、微波单元、光学单元和控制单元4个组成部分。相比于之前太空运行的最高精度300万年误差1秒的热原子钟，这只冷原子钟将时间精度提升了10倍。
中国科学院上海光机所量子光学重点实验室主任刘亮介绍说，如果说机械表1天差不多有1秒误差，石英表10天大概有1秒误差，氢原子钟数百万年有1秒误差，那么这台冷原子钟则可以做到3000万年误差1秒。
空间冷原子钟达到超高精度的秘诀主要在于“高、冷”：一方面得益于太空中“天宫二号”的“微重力”环境；另一方面则因为其自身的“冷”。
在微重力环境下，原子团可以做超慢速匀速直线运动，基于对这种运动的精细测量可以获得较地面上更加精密的原子谱线信息，从而可获得更高精度的原子钟信号，实现在地面上无法实现的性能，这是原子钟和时间基准发展历史上的重要突破。
此外，利用激光冷却技术，原子气体被冷却至极低的温度，则极大地消除了原子热运动对原子钟性能的影响。
“就像你坐在房间里，虽然看不见原子或分子，但里面的原子或分子都在运动，运动就会产生热，便是热原子。冷原子技术则是用激光的方法将原子温度从室温降低到接近绝对零度。对这些几乎不动的原子进行测量，结果会更加准确。”刘亮解释道。
② 应用广泛的实用钟
空间冷原子钟可以在太空中对其他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。同时冷原子技术的发展大幅度提高了许多实验的精度，使原来不可能进行的实验成为可能。
