PCやスマホの日付や時間を正しく保つ「NTP」の正確性はどのように保証されているのか？

現代ではコンピューターやスマートフォンなど、多数のデバイスで正確な時刻が表示されるようになっています。そうした「正確な時刻」がどこから取得されているのかについて、Unixシステム開発者のトニー・フィンチさんが2023年5月22日から26日にかけて開催された「RIPE 86」で行ったライトニングトーク「Where does my computer get the time from?(私のコンピューターはどこから時間を取得しているのか？)」の内容をブログに掲載しています。

Where does my computer get the time from? – Tony Finch
https://dotat.at/@/2023-05-26-whence-time.html

コンピューターはどこから時間を取得しているのでしょうか？

NTPです。

NTPはstratumと呼ばれる階層をもっています。stratum 3のNTPサーバーはstratum 2のNTPサーバーから時刻を取得し、stratum 2のNTPサーバーはstratum 1のNTPサーバーから時刻を取得し……というように、一つ上の階層から時刻を取得しています。

そしてstratum 1のNTPサーバーは多くの場合GPSを基準に時刻を設定しています。

ではGPSはどこから時刻を取得するのでしょうか？

アメリカ合衆国コロラド州にあるシュリーバー宇宙軍基地です。かつては空軍基地(Air Force Base)でしたが2021年に宇宙軍基地(Space Force Base)に改名されました。

シュリーバー宇宙軍基地はどこから正確な時刻を取得しているのでしょうか？

アメリカ海軍天文台(USNO)の代替マスタークロックです。この代替マスタークロックはシュリーバー宇宙軍基地内に設置されています。

そして代替マスタークロックはワシントンD.C.のUSNOから時刻を取得しています。

USNOは3つの要素を組み合わせて時刻を定めています。最初の要素は原子時計です。

USNOの敷地内には多数の原子時計が設置されています。

2番目の要素はパリ天文台に拠点を置く国際地球回転・基準系事業(IERS)です。IERSは地球の自転を観測し、適切にうるう秒を使用して地球の自転と時刻を同期させています。

IERSによる時刻の決定に関しては、必要なデータが世界各国の機関から集められています。例えば正確な方位パラメーターはUSNOから取得されています。

3番目の要素は国際度量衡局(BIPM)で、協定世界時(UTC)を管理しています。

BIPMは世界各国の原子時計のデータを元にUTCを設定しています。

BIPMは国際単位系(SI)を維持する責任があり、その単位系の定義についてはBIPMの上位組織である国際度量衡総会(CGPM)が決定しています。

国際単位系では「1秒」を「セシウム133原子の基底状態の二つの超微細構造準位の遷移に対応する放射の周期の91億9263万1770倍の継続時間」と定めています。

CGPMはどこから「約9.2GHz」という魔法の数字を取り出したのでしょうか？

1955年にルイス・エッセンとジャック・パリーが最初のセシウム原子時計を製造し、現在の秒の定義はこの時計によって決められました。

当時の秒の定義は天文学に基づいていたため、エッセンとパリーはUSNOの助けを借りてセシウム原子時計が1秒を刻むまでの振動数を決定しました。

USNOのウィリアム・マルコウィッツが天体を元に時刻を計測し、エッセンがセシウム原子時計で時刻を計測し、両者ともWWVの時報を聞くことで離れた場所でも測定値を相関させることができました。

マルコウィッツは国際天文学連合(IAU)が1952年に定めた暦表時を計測していました。

天体暦については1800年代後半にサイモン・ニューカムが膨大な量の天文データをまとめ、数学的モデルを作成しました。

そしてサイモン・ニューカムはUSNOで働いていました。

まだまださかのぼることはできそうですが、フィンチさんは「レイヤーがなくなってしまいました」とスライドを切り上げていました。