De tijd bijhouden met de kosmos

Verschillende technologieën, netwerken en instellingen profiteren van of vereisen nauwkeurige tijdregistratie om hun activiteiten te synchroniseren. De huidige manieren om tijd te synchroniseren hebben een aantal nadelen die een nieuw voorgestelde methode probeert aan te pakken.

De kosmische tijdsynchronisatie werkt door apparaten te synchroniseren rond kosmische stralingsgebeurtenissen die door die apparaten worden gedetecteerd. Dit zou nauwkeurige timing-mogelijkheden kunnen bieden aan remote sensing-stations, of zelfs onder water, op plaatsen waar andere methoden niet kunnen dienen. Vroege tests zijn veelbelovend, maar de echte uitdaging ligt misschien in de toepassing van deze nieuwe techniek. 

Bij de foto: Muon douche. Een bonus van deze benadering van het synchroniseren van tijd is dat als het verder wordt ontwikkeld tot een ruimtelijk plaatsbepalingssysteem, het een potentieel veiligheidsprobleem vermijdt dat GPS niet kan. GPS-signalen zijn kunstmatig en kunnen worden gehackt, maar kosmische straling kan niet kunstmatig worden gecreëerd en kan dus niet worden vervalst. Afbeelding: Hiroyuki K. M. Tanaka

De mensheid is nauw verbonden met het idee van tijd. Historisch gezien gebruikten we de kosmos zelf - sterren, de zon en de maan - om de tijd te meten en onze activiteiten te coördineren. Het is dan ook passend dat onderzoekers weer naar de kosmos kijken om ons vermogen om de tijd te houden verder te ontwikkelen.

Professor Hiroyuki Tanaka van Muographix aan de universiteit van Tokio heeft een manier bedacht en getest om meerdere apparaten te synchroniseren, zodat ze overeenstemmen met de tijd, waarbij gebruik wordt gemaakt van kosmische straling uit de diepe ruimte. Dit wordt toepasselijk kosmische tijdsynchronisatie (CTS) genoemd.

“Het is tegenwoordig relatief eenvoudig om de tijd nauwkeurig bij te houden. Atoomklokken doen dit bijvoorbeeld al tientallen jaren”, zegt Tanaka. “Dit zijn echter grote en heel dure apparaten die heel gemakkelijk te verstoren zijn. Dit is een van de redenen waarom ik heb gewerkt aan een verbeterde manier om de tijd bij te houden. De andere is dat, gerelateerd aan tijdmeting, ook positiemeting beter zou kunnen. Dus echt, CTS is een voorloper van een mogelijke vervanger voor GPS, maar dat is nog een beetje toekomstmuziek.

De reden waarom het van cruciaal belang is dat apparaten een gedeeld tijdsbesef hebben, is dat bepaalde apparaten steeds belangrijker worden in veel aspecten van het leven. Computernetwerken die verantwoordelijk zijn voor financiële transacties moeten op tijd overeenkomen, zodat de volgorde van transacties kan worden gegarandeerd. Er zijn sensoren die samenwerken om verschillende fysieke verschijnselen waar te nemen die op tijd moeten overeenkomen, zodat bijvoorbeeld de oorsprong van een bepaalde meting kan worden bepaald. Dergelijke sensoren kunnen mogelijk zelfs deel uitmaken van een soort rampenwaarschuwingssysteem.

CTS werkt dankzij kosmische stralen uit de verre ruimte die op ongeveer 15 kilometer hoogte in de atmosfeer terechtkomen en een regen van deeltjes, waaronder muonen, creëren. De muonen reizen bijna met de lichtsnelheid en bereiken bijna onmiddellijk de grond. Ze kunnen gemakkelijk water of rots binnendringen en zich verspreiden terwijl ze reizen om een ​​paar vierkante kilometer grond te bedekken. Onafhankelijke CTS-compatibele apparaten onder dezelfde deeltjesregen kunnen de binnenkomende muonen detecteren, die een specifieke signatuur zullen hebben die uniek is voor de kosmische straling die ze heeft gegenereerd.

Door deze informatie te delen, kunnen CTS-apparaten met elkaar overleggen en hun klokken synchroniseren op basis van wanneer de kosmische straling plaatsvond. De inslagen van ultrahoge-energetische kosmische straling komen vaak genoeg voor, ongeveer honderd keer per uur over elke vierkante kilometer aarde, zodat CTS-apparaten in realtime kunnen samenwerken.

Bij de foto: CTS-prototype. De CTS-apparaten zijn klein, lichtgewicht, goedkoop en gemakkelijk compatibel te maken met een breed scala aan bestaande technologieën. Afbeelding: Hiroyuki KM Tan

“Het principe is robuust en de technologie, detectoren en timingelektronica bestaan ​​al. We konden dit idee dus relatief snel implementeren”, zegt Tanaka. "Op satellieten gebaseerde tijdsynchronisatie heeft zoveel blinde vlekken bij de polen, in bergachtige gebieden of onder water, bijvoorbeeld, en CTS zou deze hiaten en meer kunnen opvullen. Het probleem, zoals bij elke nieuwe technologie, is er een van adoptie. Thomas Edison verlichtte Manhattan, beginnend met een enkele gloeilamp. Misschien moeten we die benadering volgen, beginnend met een stedelijk blok, dan een district, en uiteindelijk zullen we heel Tokio en daarbuiten synchroniseren.”

Vertaler: Jan Vyvey
Bron: Universiteit van Tokyo