Dokładniej się nie da

Tomasz Rożek

GN 49/2011 |

publikacja 08.12.2011 00:15

Wyobraź sobie zegar, który gdyby powstał w chwili stworzenia wszechświata, 14 mld lat temu, do dzisiaj nie spóźniłby się nawet o jedną sekundę. Taki zegar wybudowano w Gdańsku.

Dokładniej się nie da NASA Pulsar to pozostałość po wybuchu gwiazdy. – Pierwszy raz w historii sięgnęliśmy po źródło czasu poza Ziemię powiedział jeden z konstruktorów zegara, dr Grzegorz Szychliński.

Niezależnie od tego, czy zegar jest kwarcowy, czy mechaniczny, czy atomowy, w każdym musi być jakieś „wahadełko”. W zegarach mechanicznych jest nim zawieszony na długim pręcie obciążnik, a w zegarach kwarcowych – drgający (pod wpływem prądu) kryształ kwarcu. W zegarze atomowym wahadłem (oscylatorem) są atomy cezu, które pochłaniają promieniowanie o ściśle określonej częstotliwości. Różnica pomiędzy poszczególnymi typami zegarów ogranicza się właściwie do różnych typów „wahadełek”. Poza tym, reszta urządzenia działa podobnie. Regularne wahnięcia muszą być przeliczone na upływ czasu. I choć to urządzenie przeliczające jest ważną częścią każdego zegara, o dokładności czasomierza świadczy dokładność „wahadła”.

Ile który?

Dobry zegar wahadłowy ma dokładność rzędu minuty na tydzień. Dobry zegarek kwarcowy (taki noszony na ręce) gubi (lub dodaje) jedną sekundę na kilkadziesiąt lat. Oczywiście jeżeli zapewni mu się stabilne zasilanie. Gdy bateria w zegarku słabnie, czas może być odmierzany niedokładnie. Dokładność zegarów atomowych jest bez porównania lepsza. One mylą się o sekundę raz na kilka milionów lat. Jak na tym tle wypada zegar pulsarowy? Może najpierw lepiej wyjaśnić, jak on działa.

W zegarze pulsarowym „wahadłem”, tym czymś, co da się później przeliczyć na upływający czas, są sygnały bardzo specyficznych gwiazd. Gwiazdy neutronowe, albo innymi słowy pulsary, to ostatnie stadium życia dużej gwiazdy. Jak gwiazda może być wahadłem zegara? Pulsary nie świecą tak jak normalne gwiazdy (w tym nasze Słońce), tylko migają. Wysyłają fale, zwykle radiowe, w paczkach. Czas pomiędzy tymi paczkami jest zawsze taki sam. – Sygnały wysyłane przez pulsary są niezwykle dokładne. Ich dokładność jest tak olbrzymia, że gdy pod koniec lat 60. ub. wieku naukowcy po raz pierwszy natknęli się na nie, byli przekonani, że wysyłają je jakieś obce cywilizacje – powiedział dr Grzegorz Szychliński, pomysłodawca budowy zegara i szef Muzeum Zegarów Wieżowych przy Muzeum Historycznym Miasta Gdańska. Jeżeli mamy dokładne wahadło… mamy wszystko. I tak, i nie. Sygnały od pulsarów są trudne do złapania i utrzymania. Poza tym mechanizm przeliczający miganie pulsarów na czas także musi być skomplikowany.

Polacy pierwsi

Nad zegarami pulsarowymi pracowało wiele ośrodków na świecie (m.in. w USA, Rosji i Chinach). Po co? Precyzyjnego odmierzania czasu potrzebuje wojsko, bo od zegarów zależy dokładne określenie pozycji. Na precyzyjnych zegarach oparty jest system lokalizacji GPS. Precyzyjnych zegarów potrzebuje też nauka. Wynalazkiem zainteresowany jest również polski Główny Urząd Miar i Wag.

Pierwszy zegar pulsarowy zbudowali Polacy. Prace nad konstrukcją trwały dwa lata. Przy budowie współpracowało Muzeum Zegarów Wieżowych Centrum Astronomicznego UMK w Toruniu oraz elektronicy z gdańskiej firmy EKO Elektronik.

Zegar pulsarowy w ogóle nie przypomina tradycyjnych zegarów (zresztą zegar atomowy też nie). Składa się z 16 anten umieszczonych na dachu kościoła św. Katarzyny w Gdańsku. Na poddaszu zostały zainstalowane specjalne komputery, które po dosyć skomplikowanej serii obliczeń podają czas. Po to, by odczyt był dokładny, anteny rejestrują sygnały z sześciu różnych pulsarów.

Uroczysta inauguracja zegara miała miejsce 25 listopada, w dniu św. Katarzyny. Patronki m.in. uczonych. Wcześniej niektóre elementy urządzenia były prezentowane w Brukseli, w ramach jednej z imprez organizowanych w czasie polskiej prezydencji w Unii.

Piątkowa ceremonia inauguracji zegara rozpoczęła obchody 400-lecia urodzin Jana Heweliusza, gdańskiego astronoma i matematyka. Heweliusz, Gdańsk, okrągła rocznica urodzin astronoma i kościół św. Katarzyny, który był kościołem parafialnym Heweliusza. W tej świątyni astronom jest pochowany. A świadczy o tym oryginalna płyta nagrobna pochodząca z 1659 roku.