Codziennie spoglądamy na wskazówki zegarków, ale czy zastanawiamy się w ogóle czym jest czas i w jaki sposób go odmierzamy?
Zegar stanowi swoistą kombinację zasad fizyki, które wykorzystane i uporządkowane w określony schemat sprawiają, iż w niesamowitej harmonii oraz spokoju odliczają każdą sekundę.
Wśród wielu możliwych zegarów wyróżniają się zawsze w danej epoce zegary najdokładniejsze. Począwszy od zegarów słonecznych, starożytnych zegarów wodnych, przez zegary mechaniczne, zegary kwarcowe, aż po zegary atomowe – wszystkie są efektem niezwykłej pasji człowieka w dążeniu do jak największej precyzji pomiaru. Czas jest nam potrzebny w dwojakiej formie: jako system datowania i jako jednostka czasu.
Aby lepiej poznać historię pomiaru czasu, zapraszam do Muzeum Zegarów Wieżowych w Gdańsku zlokalizowanego w wieży kościoła pw. św. Katarzyny w Gdańsku. Zegar wieżowy jest prekursorem wszystkich zegarów dlatego jest to najlepsze miejscy by zobaczyć m.in. mechanizmy wykonane ręcznie w okresie od XV do XVIII wieku oraz zegary wyprodukowane w fabrykach w XIX i XX wieku.
Jednak najwspanialszym obiektem muzeum, jest pierwszy w świecie zegar pulsarowy, uruchomiony w 2011 roku. Trzeba zaznaczyć, że zegar pulsarowy powstał właśnie w Gdańsku, będącym w 17. i 18. wieku centrum zegarmistrzowskim I Rzeczypospolitej, mieście w którym już w tamtych czasach powstał prototyp zegara wahadłowego konstrukcji Jana Heweliusza. Jego lokalizacja nie jest przypadkowa, bowiem znajduje się on w kościele, gdzie w krypcie pod posadzką spoczywa słynny gdańszczanin, astronom, konstruktor, piwowar i rajca miejski.
Zegar został zbudowany przez zespół badawczy, pod kierunkiem pomysłodawcy budowy zegara dr Grzegorza Szychlińskiego z Muzeum Zegarów Wieżowych, który w interesujący sposób opowiada o tym wyjątkowym zegarze. Posłuchaj tej fascynującej historii:
Zbudowanie pierwszego na świecie zegara pulsarowego było doskonałym sposobem upamiętnienia Jana Heweliusza, w 400. rocznicę jego urodzin. Po latach prac, stworzono prototyp zegara pulsarowego, który pozwala odmierzać czas najdokładniej na świecie i w przyszłości stworzyć pulsarowa skale czasu.
Jest to pierwsze w świecie urządzenie mierzące czas w oparciu o zjawisko, które przebiega daleko poza Ziemią. Zegar ten, wykorzystuje jako podstawę czasu, impulsy wysyłane przez pulsary, czyli gwiazdy neutronowe, które powstały w wyniku wybuchu gwiazdy, tzw. supernowej. Pulsar jest szybko i niezwykle regularnie obracającą się, neutronową kulą, która emituje w przestrzeń kosmiczną wiązkę promieniowania, w postaci fal radiowych, omiatających sektor przestrzeni kosmicznej jak latarnia morska. Jeśli zasięg tej wiązki dotrze do Ziemi, radioteleskopy zarejestrują krótki wyraźny puls promieniowania radiowego z kierunku pulsara. Na zdjęciu poniżej widać schemat pulsara; model latarni morskiej. Kula w środku przedstawia pulsara, białe linie to linie pola magnetycznego.
Schemat powyżej autorstwa User:Mysid, User:Jm smits
W odróżnieniu od jasnych gwiazd obiekty te nie mają romantycznych imion. Oznacza się je skrótem PSR (ang. pulsating radio source – pulsujące źródło radiowe) do którego dodaje się współrzędne na niebie.
Nasz zegar korzysta z sześciu pulsarów, które oddalone są od nas w granicach od trzech tysięcy do dziesięciu tysięcy lat świetlnych i co najważniejsze, jest niezależny od zjawisk przebiegających na Ziemi czy wręcz w naszym Układzie Słonecznym.
Wytypowane pulsary, znajdują się w Gwiazdozbiorze Żyrafy, przypisywanemu również Heweliuszowi, który pierwszy zamieścił go w atlasie Firmamentum Sobiescianum. Wśród nich najsilniejszy jest sygnał z pulsara PSR B0329+54
Gdański zegar pulsarowy w niczym nie przypomina klasycznego zegara. Składa się na niego zespół radiowego systemu odbiorczego w postaci anten, umieszczonych na specjalnej platformie, na dachu kościoła dokładnie – jak się okazało – nad grobem Heweliusza oraz duża „szafa”, znajdująca się w wieży kościoła, z zegarem atomowym kontrolowanym komputerowo właśnie przez impulsy generowane przez pulsary. Natomiast jego „tarcza” to monitor z wyświetlanym czasem a jego repetytor znajduje w Pomorskim Parku Naukowo Technologicznym w Gdańsku, w Urzędzie Miejskim, w Urzędzie Marszałkowskim oraz był też prezentowany w Parlamencie Europejskim w Brukseli.
Idea działania zegara jest następująca: sygnały, od wytypowanych pulsarów, odbierane są przez 16 anten z których każda widzi prawie całe niebo nad nami. Fale odbierane są z ograniczonego w postaci wiązki obszaru na niebie. Wraz z przesuwaniem się pulsarów po niebie, komputer przesuwa wiązkę, śledząc ruchy gwiazd. Dane z kilku pulsarów interpretuje program filtrujący i zmienia wskazania wzorca atomowego. W efekcie po pewnej liczbie obserwacji, możemy mówić, że urządzenie stworzy pulsarową skalę czasu, najbardziej stabilną z dotychczas znanych na świecie.
Cała skomplikowana nomenklatura i fizyczno-matematyczne obliczenia sprowadzają się w zasadzie do jednego: by jak najdokładniej mierzyć czas.
Sygnały wysyłane przez pulsary są niezwykle dokładne. Ich dokładność jest tak olbrzymia, że gdy w 1967 r. naukowcy po raz pierwszy natknęli się na nie, byli przekonani, że wysyłają je jakieś obce cywilizacje – wtedy też obserwacje na jakiś czas utajniono.
Na zakończenie, nasuwa się pytanie jakie to może mieć zastosowanie? Otóż pulsar jako kosmiczne źródło czasu, umożliwi dziesięciokrotną poprawę dokładności zegarów atomowych a jego stabilność szacowana jest na 10 do minus 18 potęgi sekundy na sekundę.
Aby zobrazować tę liczbę, zaznacza dr inż. Grzegorz Szychliński, można posłużyć się metaforą. Gdyby zegar ten powstał na początku wszechświata, czyli ponad 13 miliardów lat temu, i wciąż działał, to do dzisiaj spóźniałby się lub spieszył mniej niż o pół sekundy.
Stabilność zegara pulsarowego, w długich okresach czasu, oraz uniwersalność takiego wzorca jest nieoceniona w przypadku gdyby jakaś hipotetyczna awaria zatrzymała wszystkie zegary świata, to z pulsarowej skali czasu można by rachubę czasu odtworzyć.
Można więc powiedzieć, iż czas bieżący, rzeczywisty najlepszy jest z wzorców pulsarowych. W dobie globalizacji ma to kolosalne znaczenie, bowiem pozwala na synchronizację w czasie działania różnych urządzeń. Dotyczy to procedur i działania aparatury w fizyce, informatyce, elektronice, telekomunikacji, robotyce. Im dokładniejsza jest podstawa czasu i mniejsza jednostka podstawowa (jedna milionowa, miliardowa, bilionowa itp. część sekundy), tym dokładniej można przeprowadzić synchronizację tych procedur i urządzeń.
Dziękując, dr Szychlińskiemu, za interesującą prezentację zegara pulsarowego, myślę, że każdy z nas mógł choć na chwilę poczuć metafizyczność urządzenia, który rachubę czasu synchronizuje według sygnałów otrzymywanych z głębi Galaktyki. To niesamowite, że gwiazdy neutronowe emitują pulsujące promieniowanie, przypominające swym działaniem latarnię morską, która wysyła tajemniczą poświatę z Drogi Mlecznej, regulującą życiową aktywność człowieka wyznaczając godziny jego pracy i odpoczynku.
Tak więc, gdy będziesz spacerować po Starym Mieście i usłyszysz, dźwięk dzwonu zegara wieżowego kościoła św. Katarzyny, przypomnisz sobie, że w jego wnętrzu znajduje się najbardziej niezwykły i jedyny w swym rodzaju zegar na świecie.
Powstanie zegara pulsarowego nie było by możliwe gdyby nie udział Eugeniusza Pazderskiego, astronoma z UMK w Toruniu, Mirosława Owczynnika i Dariusz Samka - inżynierów elektroników z Gdańska (absolwenci PG), a także konstruktora platformy inżyniera Zenona Sykutery oraz wspomnianego wcześniej dr Grzegorza Szychlińskiego.