Zegar pulsarowy – od idei do wdrożenia

Adam Mikołajczyk: Idea stworzenia zegara pulsarowego narodziła się u państwa już kilkanaście lat temu, to prawda?

Grzegorz Szychliński: Tak, tylko dość ostrożnie do tego tematu podchodziliśmy, bo jesteśmy przecież placówką kulturalną, a nie naukową. Natomiast zegary leżą w kręgu naszych zainteresowań. A jeśli ktoś zajmuje się zegarami, to stara się stworzyć zawsze coś nowego. I tak konstruktor zegara musi znaleźć zjawisko fizyczne, które pojawia się w stałym czasie, i na nim bazować. Pierwsze znane ludzkości skale czasu były ciągłe i opierały się na ruchu ciał niebieskich po firmamencie. Dzisiaj bardziej popularne są dyskretne skale czasu, oparte na impulsach zegara atomowego czy tykaniu sprężyny budzika. Od wyznaczenia atomowej skali czasu i nowego wzoru sekundy minęło ponad 40 lat i już wiemy, że ten system nie jest idealnie precyzyjny.

Stąd nasze poszukiwania skierowaliśmy w kosmos i tak natrafiliśmy na tzw. pulsary, które są znane astronomom już od 1967 roku. Jak się okazało, klasa pulsarów swoją stabilnością sygnału przewyższa zegary atomowe. Wtedy nas natchnęło, żeby odwołać się w naszym zegarze właśnie do pulsara. Pierwszy raz na świecie wzięliśmy za podstawę czasu zjawisko, które nie zachodzi na Ziemi. Ze względów praktycznych obraliśmy do obserwacji bliskie pulsary. Wytypowano ich sześć, są oddalone od Ziemi o ok. 1–6 tysięcy lat świetlnych, więc to raczej pobliże naszej Galaktyki. W naszym zegarze sygnały od pulsarów są odbierane przez 16 anten, które są ustawione w macierz zwaną interferometrem. Komputer interpretuje zebrane dane i zmienia częstotliwość wzorca atomowego, tworząc pulsarową skalę czasu, najbardziej stabilną ze wszystkich znanych skal czasu.

AM: Co wiemy o pulsarach ?

GS: Pulsary odkryli J. B. Burneli i A. Hewish podczas radiowych obserwacji kosmosu. Byli zaskoczeni niespotykaną regularnością i stabilnością dochodzących do Ziemi sygnałów (przez pewien czas przyjmowano nawet, że obserwowany sygnał został wysłany przez pozaziemską cywilizację). Pulsar to kulka o średnicy od 10 do 20 km o masie większej 1,5–2,5 razy niż masa Słońca. Pulsary mają więc gęstość rzędu miliarda ton na centymetr sześcienny! Jednak fizyka pulsarów w zasadzie jest wciąż słabo znana. Nie ma na świecie żadnego radioteleskopu, który można ustawić na nie na okres 5 czy 15 lat. A my je przy okazji badamy, mierzymy. Szukamy efektów ubocznych. Zobaczymy, co nam pokażą dane po 5–8 latach. Bardzo często pulsarowi towarzyszą planety, zresztą te, które zostały odkryte jako pierwsze, znajdowały się właśnie obok pulsara. W tej chwili jesteśmy tak daleko posunięci w stronę fizyki elementarnej, że w zasadzie mówimy o skalach czasu. Każda klasa zegarów buduje swoją skalę czasu. Jest to całkiem odrębny i skomplikowany dział fizyki. Obecnie powstaje kilka zegarów opartych na pulsarach, zapewne niebawem stworzą sieć.

Zobaczymy potem na podstawie danych, która teoria jest lepsza – pulsarowa czy atomowa. Pulsarowa jest dokładniejsza i stabilniejsza, a nasz zegar jest wtórnikiem – postępuje za pulsarami w wyznaczaniu czasu. Nie ma lepszego źródła czasu, które byśmy znali. Przez przestrzeń kosmiczną powinien przebiegać też ślad Wielkiego Wybuchu (tak jak okręgi po kamieniu wrzuconym do wody). Od wybuchu pierwotnego powinny iść fale. Fizycy twierdzą, że jeżeli przejdą one przez pulsar, to powinien przyjść do nas zafalowany sygnał. Jest to drobne zakłócenie, ale jeśli uda nam się je złapać, to będziemy mieli wielki fart.

AM: Czy ten układ pulsarowy może mieć też jakieś inne zastosowania? Mówi się o stworzeniu nowego systemu namierzania GPS.

GS: Tak, można przewidywać próbę zbudowania globalnego systemu pozycjonowania (odpowiednik GPS) opartego na pulsarach, które wibrują w kosmosie jak radiolatarnie. System taki byłby tańszy od systemów satelitarnych i byłby dostępny dla wszystkich – pulsarów nie da się wyłączyć. Co więcej, w dobie, gdy orbitę okołoziemską i okołosłoneczną zaczynamy wykorzystywać na skalę przemysłową, dokładne pozycjonowanie satelitów w oparciu o precyzyjny pomiar czasu jest ważnym zagadnieniem. W internecie widać echa tych pomysłów, ale nikt nie chce o tym otwarcie i głośno mówić czy pisać. Podobno pracują nad tym systemem Chińczycy i Amerykanie.

Poza tym zwiększona dokładność pomiaru czasu, jaką zapewni zegar pulsarowy, może wpłynąć także na podniesienie wydajności przesyłu danych liniami internetowymi – lepsze obrazy, szybsze obliczenia, tańsze rozmowy telefoniczne, a także zwiększenie czułości radioteleskopów czy szybkości działania komputerów. Zastosowań mogą być tysiące.

AM: Czy państwa zegar da się opatentować?

GS: Tak, jesteśmy właśnie w trakcie takiego procesu. Jest już rosyjski patent, ale nie jest identyczny z naszym.

AM: Jakie są dalsze plany?

GS: Chcemy, aby powstało kilka zegarów. Najlepiej w Polsce. Obojętne, gdzie dokładnie powstaną, bo skoro mamy już takie polskie osiągnięcia, to powinniśmy wspólnie pracować. Mamy mocną astronomię i doświadczenia w tej dziedzinie. Choć polska nauka, zwłaszcza w tym zakresie, jest obecnie zbyt słabo wspierana. Mimo że nasz projekt fundowały trzy lokalne podmioty: Urząd Miasta Gdańska, Pomorska Specjalna Strefa Ekonomiczna i Muzeum Historyczne Miasta Gdańska, to w moim przekonaniu tę rzecz powinno się dać państwu, a nie tylko miastu. Powinno się pchnąć rozwój nauki w tym kierunku, bo to otwiera nam drogę w kosmos. Trzeba przecierać szlaki tam, gdzie jeszcze ich nie ma. W tej chwili jesteśmy jakieś dwa lata przed konkurencją. Trzymajmy ten dystans, jak długo się da.