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欧空局利用遥远的旋转恒星设置时钟

编译者:魏韧发布时间:2019-6-27点击量:1045 来源栏目:前沿研究

2018年11月底,欧空局(ESA)荷兰技术中心的脉冲星时钟开始运行。“Pulchron”系统利用欧洲的五个大型射电望远镜,通过观测多颗快速旋转中子星毫秒无线电脉冲来测量时间。

中子星由爆炸恒星的坍塌核心形成,是宇宙中最致密的可观测物质形式。它们的体积很小,直径大约有十几公里,但质量比太阳高。脉冲星是一种快速旋转的中子星,具有从极点发射的磁场,从地球上看,脉冲星发射出高度规则的无线电脉冲。

“PulChron”展现了卫星导航定位(尤其是针对伽利略系统)时,脉冲星时间尺度的有效性。在较短的时间段内,脉冲星测量的时间尺度的稳定性不及原子钟或光学钟,但具有工作寿命长的优势。此外,这种脉冲星时间尺度完全独立于原子钟技术,即它不依赖原子能态之间的转换,而是依赖于中子星的旋转。

位“PulChron”提供数据的5个100米级射电望远镜是荷兰Westerbork射电望远镜、德国Effelsberg射电望远镜、英国Lovell望远镜、法国Nancay射电望远镜和意大利Sardinia射电望远镜。这些望远镜共同监测欧洲天空中18个高精度脉冲星,以搜寻由宇宙事件引起的时空结构波动,这也是引力波的潜在证据。

对于“PulChron”来说,射电望远镜的测量数据可用于基于伽利略时间系统和大地测量验证设施的主动型氢原子钟输出控制,即将原子钟技术的稳定性与脉冲星测量的长期可靠性相结合。

在伽利略计划的早期,欧空局建立了时间和大地测量验证设施,给世界范围的伽利略系统提供精确的时间信息,精度为几十亿分之一秒。该设施将继续作为评判伽利略系统性能的衡量标尺,同时也是开展异常调查的工具。

欧空局UTC实验室监测到“PulChron”的准确度已达到几十亿分之一秒。该实验室利用三个氢原子钟和三个铯原子钟来产生高度稳定的时间信号,因此,可以跟踪脉冲星时间相对于ESTEC UTC时间的差异——预计每天约200万亿分之一秒。

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