Atoomklokken en NTP-servers

Dit artikel legt de oorsprong en werking van atoomklokken uit en hoe deze worden gebruikt om computernetwerken over de hele wereld te synchroniseren met behulp van NTP-servers.

In conventionele elektronische klokken tijd bijgehouden door het uitvoeren van een elektrische stroom door een oscillator die een herhalend elektrisch signaal dit wordt vervolgens door een kwartskristal bestuurd precisie houden produceert. Deze kristal oscillatoren zijn veel nauwkeuriger dan mechanische klokken, maar zal nog steeds drijven, misschien wel meer dan een seconde per week.

Voor de dag-tot-dag te gebruiken kristal oscillatoren zijn een fijne manier om de tijd te houden; in het reilen en zeilen van ons leven, een tweede maakt weinig verschil, echter, zoals licht of radiogolven 300,000 mijlen kunnen reizen in een tweede, een aantal hoogwaardige technologieën, zoals satellietnavigatie of globale communicatie, vereisen veel meer nauwkeurigheid mogelijk te zijn.

Atoomklokken een tijdmeting apparaat dat de bekende atomaire resonantiefrequentie van een atoom gebruikt om tijd. De eerste echte nauwkeurige atoomklok werd gebouwd in 1955 bij het National Physical Laboratory in het Verenigd Koninkrijk en was gebaseerd op het cesium atoom -133 die oscilleert op precies 9,192,631,770 per seconde verwerkt.

Deze oscillatie is eigenlijk een zich herhalend signaal uit de magnetron straling van elektronen in een atoom als ze energieniveaus veranderen. Een groot deel van een atoomklok is ontworpen om de juiste staat te veroorzaken en versterken oscillaties creëren.
Hoewel andere atomen kunnen worden gebruikt, wordt de oscillatie (9,192,631,770 per seconde) van het cesium -133-atoom nu door het internationale systeem van eenheden geaccepteerd als zijnde de definitie van één seconde.

Atoomklokken zijn over het algemeen erg groot en vormen vele zeer technische apparaten zoals stofzuigers en vereisen hele teams van wetenschappers om de klokken te onderhouden en te bewaken. Veel daarvan gaat in het compenseren van ongewenste neveneffecten zoals frequenties van andere atomen in de klok en zelfs gravitationele dilatatie (waar volgens Einstein's theorie klokken op verschillende hoogten anders lopen vanwege de verschillen in het zwaartekrachtsveld). Dit maakt atoomklokken hoogst duur.

Gelukkig zijn veel grootschalige nationale fysieke laboratoria zenden radio tijd signalen uit hun atoomklokken, die kan worden gebruikt om standaard kristal oscillatoren te synchroniseren.

Atoomklokken ook de basis van GPS (Global Positioning System) en bevat elke satelliet een atoomklok en nauwkeurige tijd integraal te positioneren (een positie waar bestaat uit een richting, een snelheid en tijd).
GPS-signalen kunnen ook worden gebruikt om een ​​tijdsignaal vast te leggen. Dit is nu de meest gebruikelijke manier waarop computernetwerken nauwkeurige tijden behouden die ook essentieel zijn in veel communicatie en toepassingen.

De meeste computernetwerken gebruiken een NTP-server (Network Time Protocol) om hun apparaten te synchroniseren met een atoomtijdsignaal dat wordt ontvangen via het GPS-netwerk.

Een universele tijdschaal, UTC (Coordinated Universal Time), is ontwikkeld op basis van de tijd verteld door atoomklokken, TAI (International Atomic Time). UTC is verantwoordelijk voor de vertraging van het sterrendag door het toevoegen sprong seconden tot TAI om zo de geleidelijke drift van de nacht in de dag te voorkomen (hoewel dat 40,000 jaar of zo zou nemen) en laat de hele wereld om te communiceren met behulp van dezelfde tijdschaal.

Dit bericht is geschreven door

Richard N Williams

Richard N Williams is een technisch auteur en een specialist in de NTP-server en de tijd synchronisatie industrie. Richard N Williams op Google+