ESA stiller uret efter fjerne, roterende stjerner

ESA's tekniske center i Holland er begyndt at køre et pulsar-baseret ur. "PulChron"-systemet måler tidens gang ved hjælp af millisekunders frekvens radioimpulser fra flere hurtigt-snurrende neutronstjerner.

I drift siden slutningen af ​​november, dette pulsar-baserede timingsystem er hostet i Galileo Timing and Geodetic Validation Facility i ESA's ESTEC-etablissement, i Noordwijk i Holland, og er afhængig af igangværende observationer fra et fem-stærkt udvalg af radioteleskoper over hele Europa.

Neutronstjerner er den tætteste form for observerbart stof i kosmos, dannet ud af den kollapsede kerne af eksploderende stjerner. Lille i kosmiske termer, i størrelsesordenen et dusin kilometer i diameter, de har stadig en højere masse end Jordens Sol.

En pulsar er en type hurtigt roterende neutronstjerne med et magnetfelt, der udsender en strålingsstråle fra sin pol. På grund af deres spin - holdt stabilt af deres ekstreme tæthed - ser pulsarer set fra Jorden ud til at udsende meget regelmæssige radioudbrud - så meget, at deres opdager i 1967, Den britiske astronom Jocelyn Bell Burnell, oprindeligt anset, at de kunne være bevis på "små grønne mænd."

"PulChron sigter mod at demonstrere effektiviteten af ​​en pulsar-baseret tidsskala til generering og overvågning af satellitnavigationstiming generelt, og Galileo System Time i særdeleshed, " forklarer navigationsingeniør Stefano Binda, tilsyn med PulChron-projektet.

"En tidsskala baseret på pulsarmålinger er typisk mindre stabil end en, der bruger atom- eller optiske ure på kort sigt, men den kan være konkurrencedygtig på meget lang sigt, over flere årtier eller mere, ud over ethvert individuelt atomurs arbejdsliv.

"Ud over, denne pulsar-tidsskala fungerer ret uafhængigt af hvilken atomurteknologi, der anvendes - den er ikke afhængig af skift mellem atomenergitilstande, men rotationen af ​​neutronstjerner."

PulChron henter batcher af pulsarmålinger fra de fem 100 m-klasse radioteleskoper, der omfatter European Pulsar Timing Array – Westerbork Synthesis Radio Telescope i Holland, Tysklands Effelsberg Radioteleskop, Lovell Telescope i Storbritannien, Frankrigs Nancay-radioteleskop og Sardinien-radioteleskopet i Italien.

Denne multinationale indsats overvåger 18 meget præcise pulsarer på den europæiske himmel for at finde ud af eventuelle tidsanomalier, potentielle beviser for gravitationsbølger - fluktuationer i rumtidens struktur forårsaget af kraftige kosmiske begivenheder.

For PulChron, disse radioteleskopmålinger bruges til at styre outputtet fra et aktivt brint-maser-atomur med udstyr baseret i Galileo Timing and Geodetic Validation Facility – der kombinerer dets ekstreme kort- og mellemlange stabilitet med pulsarernes langsigtede pålidelighed. En 'papirur'-record genereres også ud af målingerne, til efterfølgende efterbehandlingskontrol.

ESA etablerede Timing and Geodetic Validation Facility i de tidlige dage af Galileo-programmet, først for at forberede ESA's to GIOVE-testsatellitter og derefter til støtte for det verdensomspændende Galileo-system, baseret på "Galileo System Time", som skal forblive nøjagtig til et par milliardtedele af et sekund. Faciliteten fungerer fortsat som en uafhængig målestok for Galileos ydeevne, knyttet til overvågningsstationer over hele kloden, samt et værktøj til uregelmæssig undersøgelse.

Stefano tilføjer:"TGVF gav en perfekt mulighed for at være vært for PulChron, fordi den er i stand til at integrere sådanne nye elementer med en lille indsats, og har en lang tradition for tidsanvendelser, er blevet brugt endda til at synkronisere tids- og frekvensforskydning af selve Galileo-satellitterne."

PulChrons nøjagtighed overvåges ned til et par milliardtedele af et sekund ved hjælp af ESA's tilstødende UTC-laboratorium, som udnytter tre sådanne atomare brint-maser-ure plus en trio af cæsiumure til at producere et meget stabilt timing-signal, at bidrage til indstillingen af ​​koordineret universel tid, UTC – verdens tid.

Den gradvise omdirigering af pulsartid fra ESTECs UTC-tid kan derfor spores – forventet med en hastighed på omkring 200 billiontedele af et sekund dagligt.