ESA testet neue Zeitmessung mittels Pulsaren
Im Krebsnebel versteckt sich ein Pulsar. Copyright: NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-University of Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; und Hubble/STScI, CC BY 4.0
04 April 2019
Wann hast du zum letzten Mal auf die Uhr geschaut? Wahrscheinlich hast du eine Armbanduhr, sicher aber hängt irgendwo in der Nähe eine Uhr an der Wand. Hast du dich jemals gefragt, wie genau die Uhren in deiner Umgebung die Zeit messen? Im Alltag reicht es, wenn man die Zeit bis auf wenige Minuten oder Sekunden genau weiß, doch wie ist es bei Wissenschaftlern, Ingenieuren oder Astronauten? Sie müssen die Uhrzeit äußerst genau messen können. Deshalb hat die ESA nun begonnen, eine neue Art ultrapräziser Uhren zu testen, und zwar eine, die Pulsare verwendet. In diesem „PulChron“ genannten Experiment wird der zeitliche Verlauf mithilfe von Funkimpulsen im Millisekundenbereich gemessen, die von mehreren schnelldrehenden Neutronensternen ausgesendet werden.
Ein Neutronenstern ist ein unfassbar dichtes Objekt und entsteht, wenn der Kern eines explodierenden Sterns in sich zusammenfällt. Im Vergleich zu normalen Sternen und Planeten sind sie winzig, nur etwa 10 bis 20 km im Durchmesser, doch sie sind massereicher als die Sonne! In manchen Fällen rotieren Neutronensterne sehr schnell. Dann nennt man sie „Pulsare“ und genau die machen sich die PulChron-Wissenschaftler zunutze. Ein Pulsar sendet mit jeder Drehung Funkwellen aus, die wir auf der Erde erfassen können. Eine gute Beschreibung ist der Vergleich mit dem rotierenden Licht eines Leuchtturms. Diese Aussendungen erfolgen so regelmäßig, dass sie als Grundlage für ein äußerst präzises Zeitmesssystem dienen könnten. Und genau das versucht das PulChron-Team.
Das ist PulChron! Sieht zwar nicht aus wie eine gewöhnliche Uhr, ist aber extrem genau. Copyright: ESA
Es gibt bereits einige sehr zuverlässige Methoden für die Zeitmessung, bisher unübertroffen ist jedoch die Atomuhr. Sie heißt so, weil Atome beim Übergang zwischen zwei Energiezuständen Energie sehr genau abstrahlen bzw. absorbieren. Die Energie wird als Lichtwelle einer bestimmten Frequenz abgegeben, also einer bestimmten Anzahl an Lichtwellen pro Sekunde. Diese kann zur Zeitmessung verwendet werden, ebenso wie eine bestimmte Anzahl von vollen Schwüngen einer Pendeluhr eine Minute ergibt.
Atomuhren mögen über kürzere Zeitspannen, z. B. Jahre, vorteilhafter sein, doch Pulsaruhren wie PulChron könnten über ganze Jahrzehnte besser sein. Zeitspannen also, in denen einzelne Atomuhren schon den Geist aufgeben könnten. Damit sind Pulsaruhren möglicherweise eine gute Wahl für zukünftige Satellitennavigationssysteme wie Galileo von der ESA, die ja über viele Jahre hinweg auf einer extrem präzisen Zeitmessung beruhen müssen.
Das Lovell-Teleskop des Jodrell-Bank-Observatoriums in Großbritannien ist eines der Radioteleskope, die die Pulsare beobachten. Copyright: Mike Peel; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, University of Manchester
Was aber passiert, wenn die Aussendungen eines Pulsars verzerrt werden, zum Beispiel durch Gravitationswellen, die das Weltall nach mächtigen kosmischen Ereignissen durchlaufen wie Wellen das Wasser? Kurzzeitig könnte der Eindruck entstehen, dass der Pulsar sich schneller oder langsamer dreht. Daran hat das PulChron-Team gedacht und deshalb verwendet es fünf große Radioteleskope in ganz Europa, mit denen nicht nur ein, sondern gleich 18 Pulsare beobachtet werden!
Vielleicht werden wir Pulsaruhren in Zukunft häufiger nutzen, quasi als Ergänzung zu Atomuhren, damit wir die Zeit genauer messen können als je zuvor.
Satellitennavigationssystem wie Galileo von der ESA könnten von Pulsaruhren profitieren. Copyright: ESA – P. Carril
Schon gewusst? Die britische Astronomin Jocelyn Bell Burnell beobachtete 1967 als Erste einen Pulsar. Zuerst glaubte sie, es handele sich um den Versuch einer außerirdischen Lebensform, mit uns Kontakt aufzunehmen!
