歐洲航天局在荷蘭的技術(shù)中心已開始運(yùn)行基于脈沖星的時(shí)鐘。'PulChron'系統(tǒng)使用來自多個(gè)快速旋轉(zhuǎn)中子星的毫秒頻率無線電脈沖來測量時(shí)間的流逝。

從11月底開始運(yùn)行，這個(gè)基于脈沖星的定時(shí)系統(tǒng)在荷蘭Noordwijk的歐洲航天局ESTEC機(jī)構(gòu)的伽利略定時(shí)和大地測量驗(yàn)證設(shè)施中托管，并依靠歐洲五座射電望遠(yuǎn)鏡陣列正在進(jìn)行的觀測。

脈沖星包裹在超新星泡沫中

中子星是宇宙中密度最大的可觀測物質(zhì)，由爆炸的恒星坍塌的核心形成。從宇宙的角度來說，它們很小，直徑大約為12公里，它們的質(zhì)量仍然比地球太陽高。

脈沖星是一種快速旋轉(zhuǎn)的中子星，具有從其極點(diǎn)發(fā)射輻射束的磁場。因?yàn)樗鼈兊淖孕?mdash;—通過極高的密度保持穩(wěn)定——從地球上看脈沖星似乎發(fā)射出非常規(guī)則的無線電爆發(fā)——如此之多，以至于在1967年，它們的發(fā)現(xiàn)者，英國天文學(xué)家Jocelyn Bell Burnell，最初認(rèn)為它們可能是“小綠人”的證據(jù)。

監(jiān)督PulChron項(xiàng)目的導(dǎo)航工程師Stefano Binda解釋說：“PulChron旨在證明基于脈沖星的時(shí)間標(biāo)尺對(duì)于生成和監(jiān)測衛(wèi)星導(dǎo)航定時(shí)，特別是伽利略系統(tǒng)時(shí)間的有效性。”

“基于脈沖星測量的時(shí)間刻度在短期內(nèi)通常不如使用原子或光學(xué)時(shí)鐘的時(shí)間刻度穩(wěn)定，但在幾十年或更長時(shí)間內(nèi)，超過任何單個(gè)原子鐘的工作壽命，它可能具有長期競爭力。

此外，這種脈沖星時(shí)間尺度的工作完全獨(dú)立于原子鐘技術(shù)——它不依賴于原子能狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，而是依賴于中子星的旋轉(zhuǎn)。

PulChron從包括歐洲脈沖星定時(shí)陣列——荷蘭的Westerbork合成射電望遠(yuǎn)鏡、德國的Effelsberg射電望遠(yuǎn)鏡、英國的Lovell望遠(yuǎn)鏡、法國的Nancay射電望遠(yuǎn)鏡和意大利的Sardinia射電望遠(yuǎn)鏡的五個(gè)100米級(jí)射電望遠(yuǎn)鏡中獲取了成批的脈沖星測量。

這項(xiàng)多國努力監(jiān)測了歐洲天空中的18顆高精度脈沖星，以找出任何定時(shí)異常，引力波的潛在證據(jù)——由強(qiáng)大的宇宙事件引起的時(shí)空結(jié)構(gòu)的波動(dòng)。

對(duì)于PulChron，這些射電望遠(yuǎn)鏡的測量是用于利用伽利略定時(shí)和大地測量驗(yàn)證設(shè)施中的設(shè)備來操縱有源氫脈澤原子鐘的輸出——結(jié)合其極端的短期和中期穩(wěn)定性和脈沖星的長期可靠性。一個(gè)紙鐘記錄也產(chǎn)生出來的測量，為后續(xù)的后續(xù)處理檢查。

歐空局在伽利略計(jì)劃的早期建立了計(jì)時(shí)和大地測量驗(yàn)證設(shè)施，首先準(zhǔn)備歐空局的兩顆GIOVE測試衛(wèi)星，然后支持“伽利略系統(tǒng)時(shí)間”的跨越世界的伽利略系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要保持精確到幾十億分之一秒。該設(shè)施繼續(xù)作為伽利略表現(xiàn)的獨(dú)立尺度，與全球各地的監(jiān)測站相連，以及異常調(diào)查的工具。

ESTEC的原子鐘

Stefano補(bǔ)充道：“TGVF為PulChron提供了一個(gè)完美的主機(jī)，因?yàn)樗軌蚝敛毁M(fèi)力地集成這些新元件，而且在時(shí)間應(yīng)用方面具有悠久的傳統(tǒng)，甚至被用于同步伽利略衛(wèi)星本身的時(shí)間和頻率偏移。”

PulChron的精確度正在使用歐空局鄰近的UTC實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測到幾十億秒，該實(shí)驗(yàn)室利用三個(gè)這樣的氫原子脈澤時(shí)鐘和三個(gè)銫時(shí)鐘來產(chǎn)生高度穩(wěn)定的定時(shí)信號(hào)，有助于設(shè)置協(xié)調(diào)世界時(shí)間，UTC——世界時(shí)間。

因此，可以跟蹤脈沖星時(shí)間從ESTEC UTC時(shí)間的逐漸轉(zhuǎn)移——預(yù)計(jì)每天大約有200萬億分之一秒。

該項(xiàng)目通過歐空局的導(dǎo)航創(chuàng)新和支持方案（NAVISP）得到支持，將歐空局來之不易的專業(yè)知識(shí)從伽利略和歐洲的EGNOS衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用到新的衛(wèi)星導(dǎo)航以及更廣泛的定位、導(dǎo)航和定時(shí)。