[논문 리뷰] Time in the 10,000-Year Clock

Danny Hillis, R. L. Seaman외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 13.

Geophysics and Gravity Measurements참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 태양과 동기화하여 10,000년 동안 작동하도록 설계된 기계식 시계인 10,000년 시계의 시계 시스템을 상세히 기술한다. 이 시스템은 기계식 진자 시계와 지구의 변동하는 자전을 조율하기 위해 다섯 가지 시간 유형—진자 시간, 보정되지 않은 태양시, 보정된 태양시, 표시된 태양시, 옥서리 시간—을 사용하여 태양시, 역법, 천체 시계를 장기간 정확하게 추적할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

The Long Now Foundation is building a mechanical clock that is designed to keep time for the next 10,000 years. The clock maintains its long-term accuracy by synchronizing to the Sun. The 10,000-Year Clock keeps track of five different types of time: Pendulum Time, Uncorrected Solar Time, Corrected Solar Time, Displayed Solar Time and Orrery Time. Pendulum Time is generated from the mechanical pendulum and adjusted according to the equation of time to produce Uncorrected Solar Time, which is in turn mechanically corrected by the Sun to create Corrected Solar Time. Displayed Solar Time advances each time the clock is wound, at which point it catches up with Corrected Solar Time. The clock uses Displayed Solar Time to compute various time indicators to be displayed, including the positions of the Sun, and Gregorian calendar date. Orrery Time is a better approximation of Dynamical Time, used to compute positions of the Moon, planets and stars and the phase of the Moon. This paper describes how the clock reckons time over the 10,000-year design lifetime, in particular how it reconciles the approximate Dynamical Time generated by its mechanical pendulum with the unpredictable rotation of the Earth.

연구 동기 및 목표

• 10,000년 동안 정확성을 유지할 수 있는 기계식 시계 시스템을 설계하는 것.
• 불규칙한 지구 자전과 안정적인 기계적 시간 기준을 조율하는 것.
• 장기적인 인간 사용을 위해 태양시, 역법, 천체 시계를 동시에 제공하는 다수의 시간 기준을 마련하는 것.
• 태양 동기화와 기계적 보정을 통해 외부 보정에 의존도를 최소화하는 것.
• 기후 변화와 천체 역학을 수천 년에 걸쳐 동시에 추적할 수 있는 시스템을 만드는 것.

제안 방법

• 시계는 기계식 진자를 사용해 진자 시간을 생성하고, 이를 시계의 등장 시간 방정정식을 적용하여 보정되지 않은 태양시를 산출한다.
• 보정되지 않은 태양시는 태양과 동기화된 기계적 장치에 의해 보정되어 보정된 태양시가 된다.
• 표시된 태양시는 매번 시계를 감을 때마다 갱신되어 보정된 태양시와 일치시킨다.
• 표시된 태양시는 태양의 위치와 그레고리력 역법 일자를 표시하는 데 사용된다.
• 옥서리 시간은 보정된 태양시에서 유도되어 달, 행 星, 항성의 정확한 위치를 계산한다.
• 시스템은 전자 부품 없이도 역학적 시간 근사치를 유지하기 위해 기계적 연결 장치와 기어 기어를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지구의 자전이 변동하기 때문에 기계적 시스템이 10,000년 동안 정확한 시간을 유지할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 외부 입력을 최소화하면서 기계식 진자 기반 시간과 태양시를 조율할 수 있는 기계적 방법은 무엇인가?
• RQ3 단일 기계적 시스템이 수천 년에 걸쳐 민간 시간, 태양시, 천체 역학을 동시에 추적할 수 있는가?
• RQ4 전자기기나 원자 시계 기준 없이 장기 정확성을 확보할 수 있는 설계 원리는 무엇인가?
• RQ5 이 시계는 10,000년에 걸쳐 천체 사건과 시간 표시가 동기화되어 있는지를 어떻게 보장하는가?

주요 결과

• 시계는 태양과의 기계적 동기화를 통해 외부 보정에 의존도를 줄이며 장기적인 시간 측정 정확성을 달성한다.
• 진자 시간, 보정되지 않은 태양시, 보정된 태양시, 표시된 태양시, 옥서리 시간으로 구성된 다섯 단계의 시간 체계는 다중 척도의 시간 측정을 가능하게 한다.
• 표시된 태양시는 시계를 감는 간격마다 갱신되어 보정된 태양시와 일치하며, 결과적으로 태양과 동기화된다.
• 옥서리 시간 구성 요소는 역학적 시간의 안정적인 근사치를 제공하여 달과 행 星의 위치를 정확하게 예측할 수 있다.
• 기계적 보정 시스템은 물리적 기어 장치를 통해 시계의 등장 시간 방정정식과 지구의 자전 불규칙성을 반영한다.
• 전자기기나 원자 기준 없이도 고정밀 장기 시간 측정이 가능하다는 것이 이 시스템을 통해 입증되었다.