為了精確計(jì)算時(shí)間，人類幾千年來(lái)不斷改進(jìn)計(jì)時(shí)工具，從最早的日晷，一路進(jìn)化到機(jī)械鐘和石英鐘，目前被認(rèn)為計(jì)時(shí)最精確的是原子鐘。

    不過(guò)波蘭科學(xué)家找到更精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)工具，就是宇宙中的星星，到底星星如何計(jì)時(shí)，帶您去一探究竟。宇宙中的星星，不但可以計(jì)時(shí)，而且可能是人類目前已知的最準(zhǔn)確計(jì)時(shí)工具之一。波蘭科學(xué)家架設(shè)的這個(gè)脈沖星鐘，就是利用脈沖星發(fā)出的規(guī)律脈沖來(lái)計(jì)時(shí)，科學(xué)家架設(shè)天文天線，接收脈沖星的脈沖后，轉(zhuǎn)化為時(shí)間。這個(gè)脈沖星鐘位于波蘭格旦斯克圣凱瑟琳教堂內(nèi)，巧合的是，距離發(fā)現(xiàn)鐘擺定律的17世紀(jì)天文學(xué)家赫維留斯的墓地不遠(yuǎn)。 

    為什么脈沖星是世界上最準(zhǔn)的鐘

    時(shí)間的概念起源于人類對(duì)客觀自然現(xiàn)象的長(zhǎng)期認(rèn)知和總結(jié)，并在生產(chǎn)斗爭(zhēng)中產(chǎn)生和不斷改進(jìn)、完善和發(fā)展。歷史上，秒的定義源于天文，天文時(shí)與地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期的時(shí)標(biāo)(世界時(shí)UT)及繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)運(yùn)行的規(guī)律(歷書時(shí)ET)密切相關(guān)。

    在原子時(shí)秒出現(xiàn)以前，總是先定義時(shí)標(biāo)再定義秒；而原子時(shí)秒定義本身是與天文歷書時(shí)標(biāo)(ET)有關(guān)，但它先定義原子時(shí)秒再定義原子時(shí)，以便與世界時(shí)相協(xié)調(diào)。世界時(shí)UT和歷書時(shí)ET系統(tǒng)均是以宏觀天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)建立起的天文時(shí)間系統(tǒng)。原子時(shí)則是以微觀原子能級(jí)躍遷規(guī)律產(chǎn)生的頻率，并在對(duì)其實(shí)施精細(xì)控制的原理基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。拉比(I.Rabi)因此獲得1944年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1955年，英國(guó)制成第一臺(tái)銫束原子頻率標(biāo)準(zhǔn)鐘。

    美國(guó)人馬克維奇等在1955年～1958年利用歷書時(shí)秒測(cè)定銫束振蕩器的頻率值，得到在一個(gè)歷書時(shí)秒長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，銫束振蕩器的頻率值為9192631770±20赫茲。

    在1967年10月的第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上通過(guò)了原子時(shí)秒的定義：“秒就是銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)輻射的9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間。”從而結(jié)束了天文時(shí)秒的時(shí)代。

    現(xiàn)代原子鐘的主要特征是高準(zhǔn)確性、高穩(wěn)定性、高可靠性、高連續(xù)性。時(shí)頻科學(xué)家認(rèn)為 ：“頻率和時(shí)間的顯著特征是其基本定義的高度準(zhǔn)確和測(cè)量的高度精密。對(duì)用戶的鐘所要求的最重要指標(biāo)便是它們的頻率穩(wěn)定度?！睂?duì)照鐘的主要特征和考察上述的一些毫秒脈沖星頻率源的重要特征，可以發(fā)現(xiàn)它們基本符合現(xiàn)代鐘的要求，尤其在長(zhǎng)期穩(wěn)定度方面，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，一些毫秒脈沖星的長(zhǎng)期穩(wěn)定度已優(yōu)于原子時(shí)的10-14，甚至優(yōu)于10-15，為其重要應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

    另一方面，由于脈沖星鐘的短期穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度不如原子時(shí)，所以目前認(rèn)為很難用它獨(dú)立地定義一個(gè)新的脈沖星天文時(shí)秒以代替原子時(shí)秒。在MSPT測(cè)量系統(tǒng)中，正是利用原子鐘的短期穩(wěn)定度好、準(zhǔn)確度高的優(yōu)勢(shì)來(lái)作為頻率時(shí)間參考和守時(shí)鐘。如果相對(duì)定義脈沖星時(shí)秒，也必須依賴原子時(shí)秒定義的間隔為參考，盡量使脈沖星秒長(zhǎng)逼近銫原子時(shí)秒。由于MSPT的長(zhǎng)期穩(wěn)定度頗具優(yōu)勢(shì)，所以，可用它補(bǔ)償原子時(shí)在長(zhǎng)期穩(wěn)定度方面的缺陷，校正、改進(jìn)原子時(shí)長(zhǎng)期穩(wěn)定度，使兩種時(shí)間系統(tǒng)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，既保障MSPT的高精度，又使原子時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度得到改善。

    在用脈沖星時(shí)來(lái)檢驗(yàn)原子時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度以前，原子時(shí)的評(píng)估只是在原子鐘之間相互比較、鑒定或自我評(píng)估。脈沖星鐘研究將有以下的重要意義：

    1) 脈沖星鐘系統(tǒng)的創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵技術(shù)是建造一架能進(jìn)行極弱信號(hào)檢測(cè)和TOA高精度測(cè)量的百米級(jí)口徑天線，這在我國(guó)將帶來(lái)重大的技術(shù)突破。

    2)時(shí)間計(jì)量學(xué)前沿上的交叉：脈沖星時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度將用來(lái)檢驗(yàn)原子時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度。脈沖星鐘的創(chuàng)建將對(duì)啟動(dòng)它與原子鐘的相互驗(yàn)證、相互比對(duì)、并行發(fā)展及對(duì)原子時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度的改進(jìn)、修正有著重大科學(xué)理論和實(shí)踐意義。

    3)對(duì)時(shí)間計(jì)量科學(xué)的理論和發(fā)展是一個(gè)跨越，為微觀量子頻標(biāo)和宏觀脈沖星鐘的基礎(chǔ)研究和高技術(shù)創(chuàng)新研究提供機(jī)遇和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。高水平的學(xué)術(shù)拓展可能會(huì)有重大開(kāi)拓和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

    4)可為脈沖星自主導(dǎo)航和脈沖星新的空間坐標(biāo)系提供基礎(chǔ)資料庫(kù)(自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)意義上)。對(duì)建立我國(guó)的VLBI(甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量)做出貢獻(xiàn)。如果脈沖星鐘選址在秦嶺腹地，位于我國(guó)中部、大地測(cè)量原點(diǎn)附近，將會(huì)更加有利于以上應(yīng)用。

    5)宇宙學(xué)前沿上的交叉：通過(guò)測(cè)量脈沖星時(shí)的長(zhǎng)期(十年以上。引力背景變化的周期為年、十年級(jí))變化，用以探測(cè)宇宙早期引力波事件。

    6)脈沖星和射電星的巡天觀測(cè)，可以期望發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星和穩(wěn)定度很高的MSP新天體，充實(shí)“脈沖星鐘”。其它方面如高能天體物理和黑洞在內(nèi)的致密天體的研究。

    在天體測(cè)量、天體物理學(xué)和物理學(xué)方面：如通過(guò)TOA精細(xì)測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)地球位置對(duì)計(jì)算位置的偏差(極移，自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)的短周期、長(zhǎng)周期變化等等)?？傊叨确€(wěn)定的MSPTOA高精度測(cè)量可以作為一種探測(cè)工具和手段。因?yàn)榉彩悄軌蛴绊慚SPTOA的外部因素，都應(yīng)該可以通過(guò)MSPTOA的高精度測(cè)量加以深入探索和定性、定量研究。MSPTOA高精度測(cè)量的數(shù)據(jù)為高精細(xì)的研究提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，為最好的研究結(jié)果提供前提條件。