Het technisch centrum van ESA in Nederland is begonnen met het draaien van een op pulsar gebaseerde klok. Het 'PulChron'-systeem meet het verstrijken van de tijd met behulp van radiopulsen met een millisecondefrequentie van meerdere snel ronddraaiende neutronensterren.

Werkt sinds eind november, dit op pulsar gebaseerde timingsysteem wordt gehost in de Galileo Timing and Geodetic Validation Facility van ESA's ESTEC-vestiging, in Noordwijk in Nederland, en vertrouwt op voortdurende observaties door een vijfkoppige reeks radiotelescopen in heel Europa.

Neutronensterren zijn de dichtste vorm van waarneembare materie in de kosmos, gevormd uit de ingestorte kern van exploderende sterren. Klein in kosmische termen, in de orde van een dozijn kilometer in diameter, ze hebben nog steeds een hogere massa dan de zon van de aarde.

Een pulsar is een soort snel roterende neutronenster met een magnetisch veld dat een bundel straling uitzendt vanaf zijn pool. Vanwege hun draaiing - stabiel gehouden door hun extreme dichtheid - lijken pulsars vanaf de aarde gezien zeer regelmatige radioflitsen uit te zenden - zozeer zelfs dat in 1967 hun ontdekker, Britse astronoom Jocelyn Bell Burnell, aanvankelijk beschouwd als het bewijs van 'kleine groene mannen'.

"PulChron heeft tot doel de effectiviteit aan te tonen van een op pulsars gebaseerde tijdschaal voor het genereren en bewaken van de timing van satellietnavigatie in het algemeen, en Galileo System Time in het bijzonder, " legt navigatie-ingenieur Stefano Binda uit, toezicht houden op het PulChron-project.

"Een tijdschaal op basis van pulsarmetingen is op korte termijn doorgaans minder stabiel dan een tijdschaal die atoomklokken of optische klokken gebruikt, maar op de zeer lange termijn kan het concurrerend zijn. gedurende meerdere decennia of meer, buiten de levensduur van een individuele atoomklok.

"In aanvulling, deze pulsar-tijdschaal werkt vrij onafhankelijk van de atoomkloktechnologie die wordt gebruikt - het is niet afhankelijk van schakelaars tussen atoomenergietoestanden, maar de rotatie van neutronensterren."

PulChron haalt batches pulsar-metingen uit de vijf 100-m klasse radiotelescopen die de European Pulsar Timing Array vormen - de Westerbork Synthesis Radio Telescope in Nederland, Duitse Effelsberg Radio Telescoop, de Lovell-telescoop in het VK, De Franse Nancay Radio Telescope en de Sardinia Radio Telescope in Italië.

Deze multinationale inspanning bewaakt 18 zeer nauwkeurige pulsars in de Europese lucht om eventuele afwijkingen in de timing op te sporen, mogelijk bewijs van zwaartekrachtsgolven - fluctuaties in het weefsel van ruimtetijd veroorzaakt door krachtige kosmische gebeurtenissen.

Voor PulChron, deze radiotelescoopmetingen worden gebruikt om de output van een actieve waterstofmaser-atoomklok te sturen met apparatuur die is gebaseerd op de Galileo Timing and Geodetic Validation Facility - waarbij de extreme stabiliteit op korte en middellange termijn wordt gecombineerd met de betrouwbaarheid van de pulsars op langere termijn. Uit de metingen wordt ook een 'papieren klok'-record gegenereerd, voor latere controles na de verwerking.

ESA heeft in de begindagen van het Galileo-programma de Timing and Geodetic Validation Facility opgericht, eerst ter voorbereiding op de twee GIOVE-testsatellieten van ESA en vervolgens ter ondersteuning van het wereldwijde Galileo-systeem, gebaseerd op "Galileo-systeemtijd", die tot op enkele miljardsten van een seconde nauwkeurig moet blijven. De faciliteit blijft dienen als een onafhankelijke maatstaf voor de prestaties van Galileo, gekoppeld aan meetstations over de hele wereld, evenals een hulpmiddel voor anomalieonderzoek.

Stefano voegt toe:"De TGVF bood een perfecte gelegenheid om de PulChron te hosten omdat het in staat is om dergelijke nieuwe elementen met weinig moeite te integreren, en heeft een lange traditie in tijdtoepassingen, zelfs gebruikt om de tijd- en frequentie-offset van de Galileo-satellieten zelf te synchroniseren."

De nauwkeurigheid van PulChron wordt tot op enkele miljardsten van een seconde bewaakt met behulp van het aangrenzende UTC-laboratorium van ESA. die drie van dergelijke atomaire waterstof-maserklokken plus een drietal cesiumklokken gebruikt om een ​​zeer stabiel timingsignaal te produceren, bijdragen aan de instelling van Coordinated Universal Time, UTC – de tijd van de wereld.

De geleidelijke afwijking van de pulsartijd van de UTC-tijd van ESTEC kan daarom worden gevolgd - geanticipeerd met een snelheid van ongeveer 200 biljoenste van een seconde per dag.