Космическая технология хронометража работает под землей и под водой
Движения Солнца, Луны и звезд уже давно используются для отслеживания времени, и теперь инженеры из Токийского университета предложили новый способ использования космоса для точного отслеживания времени, используя потоки частиц космических лучей.
Для большинства из нас неточный хронометраж с разницей в несколько секунд не вызывает серьезных проблем. Но в более научных, промышленных и технологических сценариях различия в масштабе наносекунд могут иметь решающее значение. Точное определение времени требует сети GPS и атомных часов, но эти системы дороги и работают не везде — особенно под землей или под водой.
Новая технология, описанная японскими исследователями, предназначена для решения обеих этих проблем. Они называют это космической синхронизацией времени (CTS), и она работает, отслеживая космические лучи в небе.
Космические лучи постоянно приходят из глубокого космоса, и когда они достигают Земли, они взаимодействуют с частицами в атмосфере, превращая их в поток других частиц.
Одной из образующихся частиц являются мюоны, обладающие высокой энергией, позволяющей им проходить сквозь большую часть материи, поэтому они проникают на несколько километров вглубь поверхности Земли и океанов.
Система CTS будет использовать детекторы мюонов для чрезвычайно точной синхронизации часов, даже если некоторые из часов будут находиться под землей или под водой.
Процесс начинается на высоте около 15 км, где космические лучи впервые взаимодействуют с атмосферой и производят поток частиц, в том числе мюонов.
Эти мюоны, каждый из которых имеет определенную сигнатуру, основанную на конкретном событии космических лучей, которое их породило, могут распространяться на площади в несколько квадратных километров, и любые устройства CTS в этом диапазоне могут быть синхронизированы с одним и тем же потоком с точностью до 100 наносекунд.
Может показаться, что метод основан на большом количестве случайностей, например таких, как попытка синхронизировать удары молнии, но ученые говорят, что удары космических лучей происходят очень часто по всей планете — около 100 раз в час на каждый квадратный километр Земли. Это означает, что сеть систем CTS может обслуживать большую часть мира, включая места, недоступные для GPS.
Исследователи говорят, что есть и другие преимущества. CTS намного дешевле, чем GPS: детекторы мюонов стоят всего 100 долларов каждый, вместо сотен тысяч для атомных часов. А поскольку комические лучи невозможно создать искусственно, системы CTS должны быть гораздо более защищены от взлома, чем GPS.
«Принцип надежен, а технология, детекторы и электроника синхронизации уже существуют. Таким образом, мы смогли бы реализовать эту идею относительно быстро», — сказал Хироюки Танака, ведущий автор исследования.
«Синхронизация времени на основе спутников имеет так много слепых зон на полюсах, в горных районах или под водой, и CTS может заполнить эти пробелы и многое другое».
Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.