"Polacy wskazali najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu"
Naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu wskazali najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu. Ich badania wykazały, że nie zawsze zegar atomowy działa lepiej niż tani zegar kwarcowy. Błędy satelitarnego transferu czasu, który ma na celu jak najdokładniejszą synchronizację zegarów znajdujących się daleko od siebie, mogą wynikać z innych przyczyn, niż dotąd sądzono – pisze portal Nauka w Polsce.
Karolina Duszczyk z portalu Nauka w Polsce pisze, że z badań przeprowadzonych na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu wynika, iż zegary znajdujące się na różnych kontynentach można synchronizować z dokładnością jednej miliardowej sekundy, ale nawet tańsze zegary atomowe mogą być dokładniejsze niż masery wodorowe, jeśli te nie są sterowane we właściwy sposób.
Transferem czasu określana jest synchronizacja zegarów, znajdujących się zarówno na różnych kontynentach, jak i w przestrzeni kosmicznej.
„Bardzo dokładna synchronizacja zegarów jest wymagana np. przy obserwacjach międzyplanetarnych i pomiarach satelitarnych opartych o prędkość światła. Transfer czasu jest wykorzystywany przy zdalnym sterowaniu różnymi urządzeniami, sieciach telefonii komórkowej, w monitoringu pojazdów, a nawet transakcji bankowych.” – wyjaśnia w rozmowie z PAP-Nauka w Polsce prof. Krzysztof Sośnica z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
Karolina Duszczyk pisze, że jest kilka metod transferu czasu. Wyjaśnia dalej, że przy mniejszych odległościach między zegarami synchronizacja może się odbywać poprzez światłowody, jednak na dużych odległościach najdokładniejszą metodą jest to transfer satelitarny oparty o systemy GPS, GLONASS i Galileo.
„Od jego doskonalenia zależy powodzenie przyszłych misji satelitarnych. Obecnie budowany jest system nawigacji dla Księżyca, plany zbudowania stałej bazy na Księżycu w okolicach bieguna południowego czy też bazy Gateway, która ma wokół niego orbitować. Nieodłącznie wiąże się to z transmisją danych, pozycjonowaniem i koniecznością zapewnienia dostępu do internetu już nie tylko na Ziemi, ale również na Księżycu.” – wyjaśnia dalej w rozmowie naukowiec.
By otrzymać wiarygodne wyniki, niezbędna jest dokładność rzędu nanosekund. W przeciwnym razie pojawiają się błędy na poziomie metrów. Do tej pory sądzono jednak, że błędy występujące w systemach satelitarnych, związane są głównie z okresowością. Naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu na podstawie wyników swoich badań, wskazali, że jest to bardziej skomplikowane. Dostrzegli np., że błędy powtarzają się również w zegarach opartych o system Galileo. Tym samym dowiedli, że błędy nie są wynikiem powtarzalności układu satelitów, ale leżą po stronie odbiorników.
„Pokazaliśmy, w jaki sposób i które zegary atomowe zapewniają najwyższą stabilność. Wyjątkowo wysoką stabilność zapewniają masery wodorowe w Niemczech, Belgii, Kanadzie. Jednak nie chodzi o rodzaj zegarów, bo nie wszystkie masery są tak stabilne. Kluczem do dokładności jest sposób, w jaki operatorzy dostosowują zegar atomowy do warunków zewnętrznych: zegar musi mieć zabezpieczenia termiczne i przed polem elektromagnetycznym, aby zapewnić międzykontynentalny i wewnątrzkontynentalny transfer czasu najwyższej jakości” – tłumaczy Karolinie Duszczyk z PAP-Nauka w Polsce prof. Sośnica.
Naukowiec zauważa, że zegary atomowe podają, ile wynosi długość sekundy, a jego stabilność oznacza najlepszą realizację definicji sekundy.
Zegary działają dzięki powtarzającym się cyklicznie zjawiskom. Dla przykładu zegary atomowe opierają się na drganiach atomów, których przejścia między poziomami energetycznymi są powtarzalne. Do tego typu zegarów zalicza się zegary rubidowe, cezowe, a także optyczne i masery wodorowe.
„Masery wodorowe nadają się doskonale do transferu czasu, gdyż zapewniają bardzo wysoką stabilność w zakresie częstotliwości. Ale są w stanie utrzymać długość sekundy w krótszych okresach, natomiast w dłuższych już pojawiają się błędy i muszą być korygowane. Inne zegary atomowe np. cezowe zapewniają stabilność długookresową. Definicja sekundy opiera się właśnie o okres oscylacji atomów cezu.” – mówi dalej prof. Sośnica.
Naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu wykazali, że transfer czasu oparty o system Galileo może być dokładniejszy niż ten zmierzony w oparciu o system GPS. Ponadto z ich badań wynika również, że transfer czasu wykorzystujący rosyjski system GLONASS będzie jeszcze gorszy od systemów europejskich czy amerykańskich – gorszy nawet od 6 do 8 raza. Potwierdza to, że zegar atomowy może niekiedy działać gorzej niż zwykły zegar kwarcowy. Jak pisze Karolina Duszczyk z Nauka w Polsce, najstabilniejsze zegary kwarcowe posiadają zbliżoną charakterystykę do najmniej dokładnych maserów wodorowych, a zegary atomowe są na tyle wrażliwymi instrumentami, że wymagają odpowiedniego sterowania, aby mogły skutecznie działać.
