Czyżby historia zatoczyła koło? Od najdawniejszych czasów zjawiska astronomiczne nadawały rytm życiu na naszej planecie. W starożytności rozpoczęliśmy rachubę czasu urządzeniami czerpiącymi swe wskazania z położenia Słońca na niebie. Teraz zegarki regulować będziemy na podstawie sygnałów pulsarów. Najdokładniejszy czasomierz na świecie odlicza sekundy na dachu kościoła św. Katarzyny.
Astronomowie wyrażają opinię, że pewna klasa pulsarów jest najbardziej stabilnym wzorcem czasu, jaki oferuje nam przyroda. Jeśli tak, to czemu z tej okazji nie skorzystać i nie zbudować zegara opartego na takim wzorcu? Kilka ośrodków naukowych na świecie pracuje nad wykorzystaniem pulsarów do synchronizacji zegara atomowego ale prace te mają charakter laboratoryjny, bez aplikacji do zegara pulsarowego, którego chód byłby na bieżąco synchronizowany poprzez odbierane w czasie rzeczywistym sygnały pulsarów.
Międzygwiezdne latarnie morskie
Kiedy gwiazda spala całe dostępne dla siebie zasoby energii w postaci wodoru, zapada się wraz z ogromną eksplozją (tzw. supernową), rozrzucając swoją zewnętrzną cześć w przestrzeń kosmiczną. Jądro, które pozostaje po takim wybuchu ma stosunkowo niewielkie rozmiary (biorąc pod uwagę kosmiczną skalę) – najdokładniej zbadany pulsar, znajdujący się w układzie podwójnym EXO 0748-677, ma średnicę nie przekraczającą 30 kilometrów. Jego masa natomiast jest prawie trzy raz większa od masy naszego słońca.
W momencie skurczenia się gwiazdy neutronowej, zwiększa się częstotliwość jej obrotów. Jądro najbliższej nam gwiazdy wykonuje pełny obrót w ciągu mniej więcej 20 dni. Pulsary wirują znacznie szybciej – w ciągu sekundy obracają się nawet do sześciuset razy. Jednocześnie emitując z obu biegunów potężne, pulsujące słupy promieniowania widzialnego lub rentgenowskiego. Przez naukowców ten model gwiazd nazywany jest modelem „latarni morskiej”.
Z każdym obrotem Pulsar wysyła regularny sygnał fal radiowych, które są możliwe do wykrycia na ziemi między innymi dzięki teleskopom radiowym. Sygnał ten jest niebywałym standardem pomiaru czasu – swą dokładnością znacznie przewyższający zegary atomowe.
Do tej pory astronomowie odkryli ponad 1900 pulsarów. Jednym z najbardziej znanych pulsarów jest pulsar znajdujący się w centrum mgławicy Krab. Jego wybuch był tak potężny, że przez dwa lata był widoczny z powierzchni ziemi gołym okiem.
Graficzny model pulsara. Źródło www.nasa.gov
Od pomysłu do realizacji
Na początku XXI wieku, zrodził się pomysł zbudowania zegara wykorzystującego jako podstawę czasu gwiazdę neutronową (pulsar). W 2009 r. idea przybrała realistyczną formę – inwestorem zostało Muzeum Gdańska, które kultywuje pamięć wielkiego gdańskiego astronoma Jana Heweliusza (więcej informacji o astronomicznych dokonaniach sławnego gdańszczanina znajdziesz tutaj)i zbudowanie pierwszego na świecie zegara pulsarowego uznało za doskonały sposób upamiętnienia tego uczonego w roku 400-setnej rocznicy jego urodzin. Powołano zespół badawczy, którego trzon stanowili – pomysłodawca, Grzegorz Szychliński z MG, Mirosław Owczynnik i Dariusz Samek inżynierowie elektronicy z Gdańskiej firmy EKO Elektronik oraz Eugeniusz Pazderski, jeden z najlepszych specjalistów w dziedzinie aparatury radioastronomicznej w kraju z Centrum Astronomicznego UMK w Toruniu.
Celem była budowa urządzenia tworzącego tzw. Pulsarową Skalę Czasu, najbardziej stabilną z dotychczas znanych skal czasu. Zbudowany w Gdańsku zegar pulsarowy ma stanowić platformę testową, której celem jest udowodnienie słuszności samej idei, oraz doprowadzenie proponowanej technologii do perfekcji. Organizatorów urzekła z jednej strony niedostępna do tej pory dokładność i stabilność takiego zegara w długich okresach czasu, uniwersalność takiego wzorca (gdyby jakaś hipotetyczna awaria zatrzymała wszystkie zegary świata, to z pulsarowej skali czasu można by rachubę czasu odtworzyć), a z drugiej strony niewątpliwie oczarowała ich pewna metafizyka takiego urządzenia, które rachubę czasu – główne narzędzie porządkujące życie ludzi na Ziemi – prowadzi według sygnałów otrzymywanych z głębi Galaktyki.
Mechanizm tego wyjątkowego urządzenia będzie działał w oparciu o impulsy wysyłane przez jedne z bardziej intrygujących kosmicznych tworów – pulsary, czyli gwiazdy neutronowe powstające na skutek wybuchów supernowych które promieniują z niespotykaną regularnością. Wyznaczenie przestrzennego położenia zegara względem pulsarów i zastosowania odpowiednich poprawek na różnice dróg sygnału umożliwią zastosowane zaawansowane programy i algorytmy. W procesie tym wykorzystane są również modele matematyczne ruchu Ziemi względem barycentrum Układu Słonecznego i znajomość ruchu Słońca w Galaktyce. Dzięki obserwacji większej liczby pulsarów, po zastosowaniu odpowiednich programów możliwe jest także poprawianie parametrów modelu. Ten nowatorski mechanizm umieszczony został w gdańskim kościele św. Katarzyny, w samym centrum Starego Miasta w Gdańsku, dosłownie 20 metrów nad grobem Jana Heweliusza, w punkcie Ziemi 54°21’15″N, 18°39’6″E.
Dlaczego akurat w Gdańsku? Powodów jest kilka. Jan Heweliusz – znany polski astronom, twórca prototypu zegara wahadłowego pochodzi z Gdańska. Poza tym właśnie w tym mieście możliwy jest odbiór bardzo silnego sygnału wysyłanego przez pulsary, a prezentacja urzadzenia połączona została z obchodami 400-setnej rocznicy urodzin naukowca.
Wszystkiego na temat gdańskiego zegara pulsarowego i wielu innych naukowych ciekawostek dowiecie się odwiedzając Muzeum Nauki Gdańskiej
