Μέσα στην επόμενη δεκαετία, είναι πιθανό οι άνθρωποι να επιστρέψουν στη Σελήνη. Οποιεσδήποτε εργασίες στη σεληνιακή επιφάνεια, συμπεριλαμβανομένων των εξερευνήσεων, των χαρτογραφήσεων, των κατασκευών, των εξορύξεων και διαφόρων επιστημονικών εργασιών θα απαιτήσουν μεταξύ άλλων και την ακριβή τη μέτρηση του χρόνου. Είναι λογικό, επομένως, να τοποθετηθούν ακριβή ρολόγια στη σεληνιακή επιφάνεια. Μια ιδέα είναι να συγχρονίσουν αυτά τα ρολόγια με την Συντονισμένη Παγκόσμια Ώρα (UTC) στη Γη εφαρμόζοντας τις καθιερωμένες τεχνικές.
Όμως, εκτός από τις τεχνικές προκλήσεις της διαδικασίας συγχρονισμού των ρολογιών, υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ του χρόνου που μετράται στη Γη και του χρόνου που μετράται στη Σελήνη, όπως περιγράφεται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Ο χρόνος που μετράει ένα ρολόι σε οποιαδήποτε δεδομένη θέση ονομάζεται ιδιόχρονος. Η σχετικότητα του ταυτόχρονου συνεπάγεται ότι αν δυο παρατηρητές βρίσκονται σε διαφορετικά συστήματα αναφοράς δεν θα συμφωνούν σε μια δεδομένη ακολουθία γεγονότων. Με άλλα λόγια, τα ρολόγια σε διαφορετικά συστήματα αναφοράς χτυπούν με διαφορετικούς ρυθμούς. Τα φαινόμενα της κίνησης και της βαρύτητας επηρεάζουν τον ρυθμό των ρολογιών σε σύγκριση με τα «ιδανικά» ρολόγια που βρίσκονται σε ηρεμία και αρκετά μακριά από οποιαδήποτε βαρυτική μάζα. Για παράδειγμα, τα ρολόγια που βρίσκονται πιο μακριά από τη Γη χτυπούν πιο γρήγορα και τα ρολόγια που κινούνται ομαλά θα χτυπούν πιο αργά σε σχέση με τα «ιδανικά» ρολόγια και αντίστροφα. Επομένως, η επιλογή ενός κατάλληλου συστήματος αναφοράς καθίσταται απαραίτητη για την απόκτηση αυτοσυνεπών αποτελεσμάτων κατά τη σύγκριση ρολογιών σε δύο ουράνια σώματα. Οι βαρυτικές επιδράσεις στα ρολόγια και οι συγκρίσεις ρολογιών προσθέτουν ακόμη ένα επίπεδο πολυπλοκότητας στις προκλήσεις συγχρονισμού στις επικοινωνίες στο βαθύ διάστημα.
Η Σελήνη έχει ασθενέστερο βαρυτικό δυναμικό από τη Γη και κινείται γύρω από το κοινό κέντρο μάζας, το βαρύκεντρο Γης-Σελήνης. Η Γη κινείται επίσης γύρω από το βαρύκεντρο Γης-Σελήνης, αλλά επειδή η μάζα της Γης είναι 81,3 φορές μεγαλύτερη από την μάζα της Σελήνης, αυτή η κίνηση είναι λιγότερο σημαντική. Το βαρύκεντρο Γης-Σελήνης βρίσκεται στην πραγματικότητα μέσα στη Γη. Αυτοί οι δύο παράγοντες – οι διαφορετικές εντάσεις των βαρυτικών πεδίων και η σχετική κίνηση – κάνουν ένα ρολόι στη Σελήνη να τρέχει με διαφορετικό μέσο ρυθμό σε σχέση με ένα πανομοιότυπο ρολόι στη Γη. Επιπλέον, η γενική σχετικότητα προβλέπει περιοδικές διακυμάνσεις στο σχετικό ρυθμό του σεληνιακού χρόνου σε σχέση με τον χρόνο της Γης. Το πλάτος των περιοδικών διακυμάνσεων είναι ένας σημαντικός παράγοντας στην επιλογή ενός σχήματος συγχρονισμού και στην πρακτική μετρολογική υλοποίηση της σεληνιακής χρονικής κλίμακας.
Έτσι οι φυσικοί, ακόμα και σήμερα, αναζητούν ακριβέστερες απαντήσεις στα εξής ερωτήματα: ποιά είναι η καλύτερη επιλογή συστήματος συντεταγμένων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συσχετίσει τους ιδιόχρονους της Γης και της Σελήνης; Ποιά είναι η κατάλληλη επιλογή για τις θέσεις των ιδανικών ρολογιών στις επιφάνειες της Γης και της Σελήνης που διευκολύνει τη σύγκριση των ιδιοχρόνων τους; Ποιά είναι η σωστή χρονική διαφορά μεταξύ των ρολογιών στη Σελήνη και στη Γη;
Τον Απρίλιο του 2024 ο Λευκός Οίκος έδωσε εντολή στη NASA και σε άλλες υπηρεσίες να συνεργαστούν με διεθνείς οργανισμούς για να καταλήξουν σε ένα νέο φεγγαροκεντρικό σύστημα αναφοράς του χρόνου.
Ο Bijunath R. Patla και ο συνάδελφός του Neil Ashby, όπως και άλλοι επιστήμονες, ασχολήθηκαν με το ζήτημα αυτό. «Αν βρισκόμαστε στη Σελήνη, τα ρολόγια θα χτυπάνε διαφορετικά [από ό,τι στη Γη]», δήλωσε ο Bijunath Patla. Σημείωσε ότι η κίνηση της Σελήνης σε σχέση με τη δική μας κάνει τα ρολόγια να τρέχουν πιο αργά από τα γήινα πρότυπα, αλλά η χαμηλότερη βαρύτητά της οδηγεί τα ρολόγια να τρέχουν πιο γρήγορα. «Ετσι, πρόκειται για δύο ανταγωνιστικές επιδράσεις και το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια παρέκκλιση 56 μικροδευτερολέπτων ανά ημέρα» (Αυτό είναι 0,000056 δευτερόλεπτα). Αν και η διαφορά των 56 μικροδευτερολέπτων είναι μικρή για τα ανθρώπινα δεδομένα, είναι σημαντική όταν πρόκειται για την καθοδήγηση πολλαπλών αποστολών ή για την επικοινωνία μεταξύ Γης και Σελήνης.
Η σύγχρονη πλοήγηση ακριβείας βασίζεται στον συγχρονισμό των ρολογιών, ο οποίος προϋποθέτει συντονισμό με τη χρήση ραδιοκυμάτων, τα οποία ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Το φως διανύει 30 εκατοστά σε 1 νανοδευτερόλεπτο (0,001 μικροδευτερόλεπτα), ένα απίστευτα σύντομο χρονικό διάστημα για τα ανθρώπινα δεδομένα, οπότε αν δεν ληφθεί υπόψη η απόκλιση των 56 μικροδευτερολέπτων θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε σφάλματα πλοήγησης με αποκλίσεις … χιλιομέτρων. Ακόμα και ένα κλάσμα αυτού του σφάλματος δεν είναι αποδεκτό όταν πρόκειται για τις αποστολές Artemis, οι οποίες απαιτούν να γνωρίζουν τη θέση κάθε οχήματος, προσεδάφισης ή αστροναύτη με ακρίβεια 10 μέτρων ανά πάσα στιγμή.
Ο θεωρητικός φυσικός Sergei Kopeikin του Πανεπιστημίου του Μιζούρι και ο αστρονόμος George Kaplan του Ναυτικού Αστεροσκοπείου των ΗΠΑ επίσης υπολόγισαν – ανεξάρτητα– μια χρονική διαφορά 56 μικροδευτερολέπτων μεταξύ της Γης και της Σελήνης. Εντόπισαν επίσης μικρότερες, περιοδικές διακυμάνσεις που οφείλονται σε μικροσκοπικές μεταβολές των παλιρροϊκών δυνάμεων από τον Ήλιο και τον Δία, επιδράσεις σε επίπεδο νανοδευτερολέπτων, οι οποίες, ωστόσο, πρέπει να ληφθούν υπόψη για την επίτευξη ακρίβειας πλοήγησης σε κλίμακα 10 μέτρων.
Θα χρειαστούν πολλά χρόνια ή δεκαετίες προτού η Σελήνη κατοικηθεί από αρκετούς ανθρώπους και ρομπότ ώστε να χρειαστεί αυτό το επίπεδο ακρίβειας στη μέτρηση του χρόνου. Ωστόσο, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί αναγνωρίζουν πόσο σημαντικό είναι να υπάρχει μια σεληνιακή πρότυπη ώρα πολύ πριν χρειαστεί. Τώρα έκαναν αυτό το δύσκολο πρώτο βήμα προς τη γνώση της ώρας στη Σελήνη.
πηγές:
1. Lunar time in general relativity – Sergei M. Kopeikin, George H. Kaplan
2. A Relativistic Framework to Estimate Clock Rates on the Moon – Neil Ashby, Bijunath R. Patla
3. Time moves faster on the moon, new study of Einstein’s relativity shows – Matthew R. Francis
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΔΙΑΣΤΗΜΑ, ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ
physicsgg 
Σχολιάστε