楊廷高 中科院國家授時中心

1、1楊廷高楊廷高 中科院國家授時中心脈沖星時間標準及應用研究進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(和改正）原子時的長期穩(wěn)定度（一個時間基準的長期穩(wěn)定度是它作為基準的基本特征）。”“進行毫秒脈沖星脈沖到達時刻的常規(guī)、持續(xù)、系統(tǒng)的多星測量相當于產生一種脈沖星時。當前，建立和不斷改善脈沖星鐘的努力正處在一個學科交叉點上：（1）時間計量學前沿上的交叉：引進脈沖星時，以達到與原子時同時發(fā)展、交叉比對的新格局。”早在1997年王先生已有這種思想，并提出建立50米射電望遠鏡，在國家授時中心開展脈沖星時觀測和研究工作。王先生在“2000年哈納斯

2、脈沖星觀測與研究”會議文集的序中寫到：3脈沖星時間標準研究進展456 90年代后期開始脈沖星計時陣觀測脈沖星計時陣：對選定的一組脈沖星按照既定觀測程序進行長期計時觀測計時陣觀測方案根據科學目標設計脈沖星計時陣是建立脈沖星時間標準和脈沖星時空參考架的有效觀測方法觀測目標包括導航用脈沖星和毫秒脈沖星導航脈沖星：建立并保持脈沖星時空參考架毫秒脈沖星：建立并保持脈沖星時間標準觀測方案：觀測波段、積分時間、觀測周期 應考慮兩個以上波段的同時觀測等7目前國際上的脈沖星計時陣項目目前國際上的脈沖星計時陣項目 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脈沖星時觀測研究成果：1011PPTA脈沖星時觀測研究成果：12TT(BIPM11)-TAI從1994至2011年TAI漂移達到5us上圖：TT(BIPM11)與TAI差異下圖：擬合并消除二次多項式后的結果13PPTA脈沖星時研究成果：PPTA11-TAI 和 TT(BIPM2011)-TAI14初步結論：脈沖星計時陣觀測能夠檢測到原子時脈沖星計時陣觀測能夠檢測到原子時TAITAI的系統(tǒng)誤差，的系統(tǒng)誤差，得到的脈沖星時系統(tǒng)精度可與得到的脈沖星時系統(tǒng)精度可與TT(BIPM2010)TT(BIPM2010)相比；相比；多個脈沖星計時陣的綜合

8、可獲得更高精度的脈沖星時多個脈沖星計時陣的綜合可獲得更高精度的脈沖星時系統(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)；未來大設備（未來大設備（FASTFAST、SKASKA等）觀測精度進一步提高，能等）觀測精度進一步提高，能觀測的毫秒脈沖星數(shù)量大大增加（幾百顆）；觀測的毫秒脈沖星數(shù)量大大增加（幾百顆）；應用脈沖星能夠實現(xiàn)各類空間飛行器自主導航，更適應用脈沖星能夠實現(xiàn)各類空間飛行器自主導航，更適用于深空探測飛行器自主導航應用。用于深空探測飛行器自主導航應用。20122012年在北京舉行的年在北京舉行的IAUIAU大會，大會，DIVISION 1 DIVISION 1 決定并建立決定并建立“Pulsar Time Scale”Pulsar Time Scale”工作組，開展脈沖星時應用研究。工作組，開展脈沖星時應用研究。15建議：未來，脈沖星時的應用將改變國際上時間服務格局；脈沖星導航成為未來深空飛行器自主導航的發(fā)展方向。建議從國家需求出發(fā)逐步建立我國脈沖星時系統(tǒng)；目前，F(xiàn)AST和其它射電望遠鏡建立為我國脈沖星時及其應用研究奠定了基礎；應該繼續(xù)重視基礎設施建設；應該深入開展脈沖星時及其應用的研究工作，包括脈沖星計時觀測、脈沖星守時理論方法和脈沖星導航應用研究等；加強該領域人才隊伍建