ESA dla dzieci

ESA testuje nowy zegar pulsarowy

A pulsar is hidden deep within this supernova bubble. Copyright: NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-University of Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; and Hubble/STScI, CC BY 4.0
W głębi tej bańki supernowej ukrywa się pulsar. Prawa autorskie: NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET – Uniwersytet w Buenos Aires) i in.; A. Loll i in.; T. Temim i in.; F. Seward i in.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; oraz Hubble/STScI, CC BY 4.0
Wyświetl obraz

Kiedy ostatnio sprawdzałeś, która jest godzina? Być może masz zegarek na rękę albo zegar wiszący na ścianie. Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak dokładny jest wskazywany przez nie czas? W codziennym życiu zegary muszą być dokładne tylko z dokładnością do kilku minut lub sekund. A co, jeśli jesteś naukowcem, inżynierem lub astronautą? Być może musisz mierzyć czas bardzo precyzyjnie. Naukowcy z ESA rozpoczęli testy nowego typu wysoce dokładnego zegara, który wykorzystuje pulsary! Urządzenie o nazwie “PulChron” mierzy upływ czasu za pomocą impulsów radiowych o częstotliwości rzędu milisekund, pochodzących z wielu szybko obracających się gwiazd neutronowych!

Gwiazdy neutronowe to niezwykle gęste obiekty, powstałe z zapadniętych jąder eksplodujących gwiazd. Są one malutkie w porównaniu ze zwykłymi gwiazdami i planetami – mają średnicę zaledwie około 10–20 km – ale zawierają więcej “materii”, zwanej masą, niż Słońce! Czasami gwiazdy neutronowe wirują bardzo szybko. Nazywa się je wówczas pulsarami i właśnie z nich korzystają naukowcy z projektu PulChron. Gdy pulsary wirują, emitują wiązki fal radiowych, które można wykryć na Ziemi. Efekt ten przypomina nieco sposób, w jaki widzimy migające światła latarni morskiej. Te impulsy radiowe są tak regularne, że mogłyby stanowić podstawę bardzo dokładnego systemu zegarowego – i właśnie to testuje zespół PulChron. 

PulChron setup
Konfiguracja PulChron

Wymyśliliśmy już kilka bardzo dobrych metod pomiaru czasu. Najlepszym z dotychczasowych rozwiązań jest urządzenie zwane zegarem atomowym. Elektrony w atomach mogą pochłaniać lub uwalniać bardzo precyzyjne ilości energii. Energia ta jest uwalniana w postaci fali świetlnej o określonej częstotliwości – określonej liczbie pełnych fal na sekundę – którą można wykorzystać do pomiaru czasu, podobnie jak liczba pełnych wychyleń wahadła w ciągu minuty reguluje pracę zegara stojącego.

Zegary atomowe mogą sprawdzać się lepiej w krótkich przedziałach czasowych, takich jak lata, ale zegary pulsarowe, takie jak PulChron, mogą być lepszym rozwiązaniem w perspektywie dziesięcioleci, po upływie których poszczególne zegary atomowe mogą ulec awarii. Oznacza to, że zegary pulsarowe mogą okazać się bardzo przydatne w przyszłych systemach nawigacji satelitarnej, takich jak Galileo należący do ESA, które wymagają niezwykle precyzyjnego pomiaru czasu przez wiele lat.

Lovell Telescope, Jodrell Bank
Teleskop Lovella, Jodrell Bank

Co jednak się stanie, jeśli dane z pulsara ulegną zniekształceniu – na przykład przez fale grawitacyjne, które są niczym zmarszczki rozchodzące się w przestrzeni kosmicznej, wywołane potężnymi zjawiskami kosmicznymi? Mogłoby to na krótko sprawiać wrażenie, jakby pulsar obracał się szybciej lub wolniej. Zespół PulChron przewidział tę sytuację i dlatego wykorzystuje pięć dużych radioteleskopów w całej Europie do obserwacji nie jednego, ale aż 18 pulsarów! 

Być może w przyszłości zegary pulsarowe staną się bardziej powszechne i będą działać równolegle z zegarami atomowymi, pomagając nam mierzyć czas z większą dokładnością niż kiedykolwiek wcześniej!

Galileo satellite in orbit
Satelita Galileo na orbicie

Ciekawostka: Pulsary odkryła w 1967 roku brytyjska astronomka Jocelyn Bell Burnell. Początkowo sądziła, że mogą one stanowić dowód na istnienie inteligentnych form życia pozaziemskiego, próbujących nawiązać z nami kontakt!