Исследование: время на Луне течет быстрее
Новые вызовы связаны с растущим международным интересом к освоению Луны и планами по созданию лунных баз в рамках инициативы Artemis. Однако ключевой вопрос заключается не столько в том, который сейчас час на Луне, а в том, как именно течет время на естественном спутнике нашей планеты.
Альберт Эйнштейн в начале XX века доказал, что время не является абсолютным. Два наблюдателя, движущиеся с разной скоростью или находящиеся в различных гравитационных условиях, не согласятся относительно продолжительности часа. Этот принцип справедлив и для Земли, и для Луны, где гравитация слабее, а движение относительно Земли изменяет ход времени.
Согласно расчетам физика-теоретика Биджуната Патлы и его коллеги Нила Эшби из Национального института стандартов и технологий (NIST), разница в ходе часов между Землей и Луной составляет 56 микросекунд в сутки (0,000056 секунды). Этот сдвиг объясняется двумя competing факторами: движение Луны замедляет ход времени, а меньшая сила ее гравитации, напротив, ускоряет. Эта разница может показаться незначительной, но для высокоточных навигационных задач, таких как управление лунными миссиями, она имеет критическое значение.
Современные системы навигации зависят от синхронизации часов с точностью до наносекунд. Радиоволны, используемые для синхронизации, проходят 30 сантиметров за 1 наносекунду. Если не учитывать 56-микросекундное расхождение, ошибки в позиционировании могут достигать 17 километров в сутки. Это абсолютно недопустимо для миссий Artemis, где требуется знать положение каждого ровера, аппарата или астронавта с точностью до 10 метров.
Системный инженер NASA Шерил Грамлинг подчеркивает, что в условиях будущей лунной инфраструктуры, включающей множество миссий, такая точность становится вопросом безопасности. Например, для успешной навигации в лунной среде ученые должны учитывать эффекты общей теории относительности, такие как гравитационное замедление времени и движение Луны относительно Земли.
Часы на поверхности Земли идут медленнее, чем в космосе, из-за гравитации. Поэтому системы GPS уже учитывают коррекции, связанные с теорией относительности. На Луне ситуация еще сложнее: ее движение относительно Земли замедляет ход времени, но слабая гравитация ускоряет. Чтобы рассчитать итоговую разницу, нужно учесть множество факторов: вращение Луны и Земли, приливные силы, отклонения формы небесных тел от идеальной сферы.
Патла и Эшби применили систему отсчета, основанную на свободном падении системы Земля-Луна под влиянием гравитации Солнца. Этот подход позволил специалистам определить вклад каждого фактора, включая движения и гравитационные силы. Кроме того, они рассчитали временные коррекции для точек Лагранжа — гравитационно стабильных областей между Землей и Луной, которые можно использовать для размещения ретрансляционных спутников.
Сходные расчеты провели другие ученые. Например, физик Сергей Копейкин из Университета Миссури и астроном Джордж Каплан из Военно-морской обсерватории США обнаружили не только 56-микросекундное расхождение, но и более мелкие периодические колебания, вызванные влиянием приливных сил Солнца и Юпитера. Эти эффекты, хотя и проявляются на уровне наносекунд, необходимо учитывать для достижения точности в пределах 10 метров.
Сейчас эти расчеты обсуждаются в международном сообществе специалистов по времени. Грамлинг подчеркивает: «Теперь у нас есть модель, которую мы можем предложить экспертам для стандартизации времени на Луне». Хотя до появления на Луне постоянных баз еще могут пройти десятилетия, важно установить стандарты времени задолго до их необходимости.
Создание лунного стандарта времени — это не просто научная задача, а ключевой элемент будущей инфраструктуры для освоения космоса. С этой работой ученые сделали первый шаг на пути к ответу на вопрос »Который сейчас час на Луне?». В условиях растущей активности на нашем спутнике знание точного времени будет жизненно важным для успешной навигации и координации миссий.
Ранее Роскосмос объяснил, почему пришлось отложить создание ракеты для полета на Луну.
