楊廷高 中科院國(guó)家授時(shí)中心

1、1楊廷高楊廷高 中科院國(guó)家授時(shí)中心脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用研究進(jìn)展恭賀王先生九十華誕！2“毫秒脈沖星以其極其穩(wěn)定的脈沖周期（包含極其穩(wěn)定的周期變化率改正）可望用于監(jiān)測(cè)(和改正）原子時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度（一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度是它作為基準(zhǔn)的基本特征）?！薄斑M(jìn)行毫秒脈沖星脈沖到達(dá)時(shí)刻的常規(guī)、持續(xù)、系統(tǒng)的多星測(cè)量相當(dāng)于產(chǎn)生一種脈沖星時(shí)。當(dāng)前，建立和不斷改善脈沖星鐘的努力正處在一個(gè)學(xué)科交叉點(diǎn)上：（1）時(shí)間計(jì)量學(xué)前沿上的交叉：引進(jìn)脈沖星時(shí)，以達(dá)到與原子時(shí)同時(shí)發(fā)展、交叉比對(duì)的新格局?！痹缭?997年王先生已有這種思想，并提出建立50米射電望遠(yuǎn)鏡，在國(guó)家授時(shí)中心開展脈沖星時(shí)觀測(cè)和研究工作。王先生在“2000年哈納斯

2、脈沖星觀測(cè)與研究”會(huì)議文集的序中寫到：3脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展456 90年代后期開始脈沖星計(jì)時(shí)陣觀測(cè)脈沖星計(jì)時(shí)陣：對(duì)選定的一組脈沖星按照既定觀測(cè)程序進(jìn)行長(zhǎng)期計(jì)時(shí)觀測(cè)計(jì)時(shí)陣觀測(cè)方案根據(jù)科學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)脈沖星計(jì)時(shí)陣是建立脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和脈沖星時(shí)空參考架的有效觀測(cè)方法觀測(cè)目標(biāo)包括導(dǎo)航用脈沖星和毫秒脈沖星導(dǎo)航脈沖星：建立并保持脈沖星時(shí)空參考架毫秒脈沖星：建立并保持脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)方案：觀測(cè)波段、積分時(shí)間、觀測(cè)周期 應(yīng)考慮兩個(gè)以上波段的同時(shí)觀測(cè)等7目前國(guó)際上的脈沖星計(jì)時(shí)陣項(xiàng)目目前國(guó)際上的脈沖星計(jì)時(shí)陣項(xiàng)目 European Pulsar Timing Array (EPTA) Radio telescop

3、es at Westerbork, Effelsberg, Nancay, Jodrell Bank, (Cagliari) Normally used separately, but can be combined for more sensitivity High-quality data (rms residual 2.5 ms) for 9 millisecond pulsars North American pulsar timing array (NANOGrav) Data from Arecibo and Green Bank Telescope High-quality da

4、ta for 17 millisecond pulsars Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) Data from Parkes 64m radio telescope in Australia High-quality data for 20 millisecond pulsars三者共觀測(cè)40顆毫秒脈沖星，其中30顆TOA精度好于1us8A Pulsar Timing Array (PTA) With observations of many pulsars widely distributed on the sky can in principle det

5、ect a stochastic gravitational wave background Gravitational waves passing over the pulsars are uncorrelated Gravitational waves passing over Earth produce a correlated signal in the TOA residuals for all pulsars Requires observations of 20 MSPs over 5 10 years; could give the first direct detection

6、 of gravitational waves! A timing array can detect instabilities in terrestrial time standards establish a pulsar timescale Can improve knowledge of Solar system properties, e.g. masses and orbits of outer planets and asteroidsIdea first discussed by Hellings & Downs (1983), Romani (1989) and Fo

7、ster & Backer (1990)9PPTA脈沖星時(shí)觀測(cè)研究成果：1011PPTA脈沖星時(shí)觀測(cè)研究成果：12TT(BIPM11)-TAI從1994至2011年TAI漂移達(dá)到5us上圖：TT(BIPM11)與TAI差異下圖：擬合并消除二次多項(xiàng)式后的結(jié)果13PPTA脈沖星時(shí)研究成果：PPTA11-TAI 和 TT(BIPM2011)-TAI14初步結(jié)論：脈沖星計(jì)時(shí)陣觀測(cè)能夠檢測(cè)到原子時(shí)脈沖星計(jì)時(shí)陣觀測(cè)能夠檢測(cè)到原子時(shí)TAITAI的系統(tǒng)誤差，的系統(tǒng)誤差，得到的脈沖星時(shí)系統(tǒng)精度可與得到的脈沖星時(shí)系統(tǒng)精度可與TT(BIPM2010)TT(BIPM2010)相比；相比；多個(gè)脈沖星計(jì)時(shí)陣的綜合

8、可獲得更高精度的脈沖星時(shí)多個(gè)脈沖星計(jì)時(shí)陣的綜合可獲得更高精度的脈沖星時(shí)系統(tǒng)（共約系統(tǒng)（共約4040顆毫秒脈沖星，顆毫秒脈沖星，3030顆精度好于顆精度好于1us)1us)；未來大設(shè)備（未來大設(shè)備（FASTFAST、SKASKA等）觀測(cè)精度進(jìn)一步提高，能等）觀測(cè)精度進(jìn)一步提高，能觀測(cè)的毫秒脈沖星數(shù)量大大增加（幾百顆）；觀測(cè)的毫秒脈沖星數(shù)量大大增加（幾百顆）；應(yīng)用脈沖星能夠?qū)崿F(xiàn)各類空間飛行器自主導(dǎo)航，更適應(yīng)用脈沖星能夠?qū)崿F(xiàn)各類空間飛行器自主導(dǎo)航，更適用于深空探測(cè)飛行器自主導(dǎo)航應(yīng)用。用于深空探測(cè)飛行器自主導(dǎo)航應(yīng)用。20122012年在北京舉行的年在北京舉行的IAUIAU大會(huì)，大會(huì)，DIVISION 1 DIVISION 1 決定并建立決定并建立“Pulsar Time Scale”Pulsar Time Scale”工作組，開展脈沖星時(shí)應(yīng)用研究。工作組，開展脈沖星時(shí)應(yīng)用研究。15建議：未來，脈沖星時(shí)的應(yīng)用將改變國(guó)際上時(shí)間服務(wù)格局；脈沖星導(dǎo)航成為未來深空飛行器自主導(dǎo)航的發(fā)展方向。建議從國(guó)家需求出發(fā)逐步建立我國(guó)脈沖星時(shí)系統(tǒng)；目前，F(xiàn)AST和其它射電望遠(yuǎn)鏡建立為我國(guó)脈沖星時(shí)及其應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)；應(yīng)該繼續(xù)重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；應(yīng)該深入開展脈沖星時(shí)及其應(yīng)用的研究工作，包括脈沖星計(jì)時(shí)觀測(cè)、脈沖星守時(shí)理論方法和脈沖星導(dǎo)航應(yīng)用研究等；加強(qiáng)該領(lǐng)域人才隊(duì)伍建