В космосе есть «маяки», которые посылают импульсы сотни раз в секунду и сохраняют ритм годами. Их нередко называют часами точнее атомных. Красивое сравнение возникло не на пустом месте, но сегодня оно требует важной поправки.
2. От странного сигнала до космического маяка
В 1967 году аспирантка Джоселин Белл Бернелл обнаружила регулярные радиосигналы, не похожие на известные помехи. Из-за необычной ритмичности первый источник шутливо обозначили LGM-1 — намёк на «маленьких зелёных человечков». Вскоре стало ясно, что сигналы создаёт природный объект.
Пульсар — быстро вращающаяся нейтронная звезда с сильным магнитным полем. Из областей около магнитных полюсов выходят узкие пучки излучения. Если такой пучок при каждом обороте проходит по Земле, радиотелескоп регистрирует импульс.
Особенно стабильны миллисекундные пульсары, совершающие сотни оборотов в секунду. Вероятно, их раскрутило вещество звезды-компаньона. После этого они очень долго вращаются почти равномерно.
3. Как из импульсов делают часы
Астрономы строят модель движения Земли, орбиты пульсара, замедления его вращения и прохождения радиоволн через межзвёздную плазму. Затем сравнивают вычисленное время прихода импульса с измеренным.
Разница называется остатком времени прихода. Неожиданное отклонение может указывать на невидимого компаньона, ошибку в шкале времени, неточность данных о планетах или воздействие гравитационных волн.
В 1987 году исследование пульсара PSR B1937+21 показало, что его долговременная стабильность приближалась к стабильности лучших атомных часов того времени. Именно подобные работы закрепили знаменитое сравнение.
4. Что говорит наука
Подтверждено: миллисекундные пульсары входят в число самых стабильных природных периодических источников. Наблюдения на протяжении лет позволяют заранее предсказывать время прихода импульсов с огромной точностью.
Но лучшие современные атомные часы точнее отдельного пульсара. Пульсарный сигнал искажают межзвёздный газ, движение тел Солнечной системы, шум самого источника и земные приборы.
Наиболее полезно не противопоставлять два типа часов, а сравнивать их. Атомные часы задают земную шкалу времени, а множество пульсаров служит независимой космической проверкой.
Предел стабильности пульсаров на десятилетиях продолжает изучаться. Некоторые источники переживают скачки вращения, другие демонстрируют медленные нерегулярности. Поэтому исследователи используют ансамбль из многих наиболее спокойных пульсаров.
5. Часы размером с Галактику
Пульсарные временные решётки помогают искать длинные гравитационные волны от пар сверхмассивных чёрных дыр. Такая волна чуть растягивает и сжимает пространство между Землёй и пульсарами. Изменение ничтожно, зато многолетнее сравнение множества источников позволяет выделить общий рисунок.
Существует и идея навигации по пульсарам. Космический аппарат мог бы определять положение по времени прихода рентгеновских импульсов, подобно тому как земной навигатор использует сигналы спутников.
Ответ на вопрос заголовка неожиданный: пульсары не точнее лучших современных атомных часов, но некоторые соперничают с ними по долговременной стабильности. Их сила не в абсолютном рекорде, а в расстоянии, постоянстве и совместной работе.
Поделитесь мнением: доверили бы вы пульсарам навигацию межпланетного корабля?
