Οι ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να συγχρονίζουν τα ρολόγια στη Γη και τη Σελήνη

Ο χρονισμός είναι το παν αυτές τις μέρες. Τα δίκτυα επικοινωνιών και τα παγκόσμια συστήματα εντοπισμού θέσης εξαρτώνται από την ακριβή παρακολούθηση του ακριβούς χρονισμού των σημάτων – συμπεριλαμβανομένου του συνυπολογισμού των επιπτώσεων της σχετικότητας. Όσο πιο βαθιά πηγαίνετε στο πηγάδι της βαρύτητας, τόσο πιο αργά περνάει ο χρόνος και έχουμε φτάσει στο σημείο όπου μπορούμε να ανιχνεύσουμε διαφορές στα υψόμετρα των πλανητών. Ένα χιλιοστόΟ χρόνος κυλά πιο γρήγορα στο υψόμετρο στο οποίο βρίσκονται οι δορυφόροι GPS από ότι με τα ρολόγια στην επιφάνεια της Γης. Αυτό που κάνει τα πράγματα πιο περίπλοκα είναι ότι αυτοί οι δορυφόροι κινούνται με υψηλές ταχύτητες, ένα φαινόμενο που επιβραδύνει τα πράγματα.

Αυτό είναι σχετικά εύκολο να εξηγηθεί στη Γη, όπου έχουμε να κάνουμε με ένα ενιαίο σύνολο τροποποιήσεων που μπορούν να προγραμματιστούν στις ηλεκτρονικές συσκευές που πρέπει να παρακολουθούν αυτά τα πράγματα. Υπάρχουν όμως σχέδια για την αποστολή μιας σειράς οργάνων στη Σελήνη, η οποία έχει πολύ χαμηλότερο βαρυτικό πεδίο (γρηγορότερα ρολόγια!), που σημαίνει ότι τα αντικείμενα θα μπορούσαν να παραμείνουν σε τροχιά παρά την αργή κίνηση (πιο γρήγορα ρολόγια επίσης!).

Θα ήταν εύκολο να δημιουργηθεί ένα παρόμοιο σύστημα για την παρακολούθηση του χρόνου στη Σελήνη, αλλά αυτό αναπόφευκτα θα έκανε τα ρολόγια να μην συγχρονίζονται με αυτά στη Γη – ένα σοβαρό πρόβλημα για πράγματα όπως οι επιστημονικές παρατηρήσεις. Επομένως, η Διεθνής Αστρονομική Ένωση Έχει απόφαση Αυτό απαιτεί ένα «σεληνιακό ουράνιο σύστημα αναφοράς» και «χρόνο σεληνιακών συντεταγμένων» για να χειριστούν τα πράγματα εκεί. Τη Δευτέρα, δύο ερευνητές στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας, ο Neil Ashby και ο Bijunath Patla, έκαναν έναν υπολογισμό για να δείξουν πώς λειτουργεί αυτό.

Κράτα χρόνο

Ετοιμαζόμαστε να εξερευνήσουμε το φεγγάρι. Εάν όλα πάνε καλά, η Κίνα και ένας συνασπισμός υπό την ηγεσία των ΗΠΑ θα στείλουν πολλές μη επανδρωμένες αποστολές, οι οποίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μόνιμη ανθρώπινη παρουσία. Θα έχουμε μια αυξανόμενη σειρά συσκευών και τελικά εγκαταστάσεις στη Σελήνη. Η παρακολούθηση μερικών στοιχείων κάθε φορά ήταν επαρκής για τις αποστολές Apollo, αλλά οι μελλοντικές αποστολές μπορεί να χρειαστεί να προσγειωθούν σε ακριβείς τοποθεσίες και ίσως να μετακινηθούν μεταξύ τους. Αυτό καθιστά πολύτιμο το ισοδύναμο ενός σεληνιακού GPS, σημειώνει το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας στην έκθεσή του για το 2011. Το δελτίο τύπου του αγγελία εργασίας.

Είναι πιθανό ότι όλα αυτά θα μπορούσε να τα χειριστεί ένα ανεξάρτητο σεληνιακό σύστημα εντοπισμού θέσης, εάν είμαστε πρόθυμοι να δεχτούμε ότι κινείται σύμφωνα με το δικό του ρυθμό του χρόνου. Αλλά αυτό θα γίνει πρόβλημα εάν καταλήξουμε να κάνουμε πράγματα όπως η εκτέλεση αστρονομίας από τη Σελήνη, όπου ο ακριβής χρόνος των γεγονότων θα είναι κρίσιμος. Επιτρέποντας δύο ξεχωριστά συστήματα σημαίνει επίσης εναλλαγή όλων των συστημάτων χρονομέτρησης επί των οχημάτων καθώς ταξιδεύουν μεταξύ των δύο.

Έχει καταλήξει η θεωρία που διέπει τον τρόπο προσέγγισης της δημιουργίας ενός ενιαίου συστήματος. Αλλά η πρακτική εφαρμογή αυτού αφήνεται ως άσκηση για τους μελλοντικούς ερευνητές. Αλλά σαφώς το μέλλον είναι τώρα.

Ο Ashby και ο Patla ανέπτυξαν ένα σύστημα με το οποίο θα μπορούσε να υπολογιστεί οτιδήποτε με αναφορά στο κέντρο μάζας του συστήματος Γης/Σελήνης. Ή όπως το έθεσαν στην εφημερίδα, το μαθηματικό τους σύστημα «μας δίνει τη δυνατότητα να συγκρίνουμε τους ρυθμούς του σεληνιακού ρολογιού και τα σεληνιακά σημεία Lagrange σε σχέση με τα ρολόγια στη Γη χρησιμοποιώντας ένα μέτρο κατάλληλο για ένα τοπικό πλαίσιο ελεύθερης πτώσης όπως το κέντρο μάζας της Γης -Σελήνη σύστημα στο βαρυτικό πεδίο του Ήλιου.

Πώς μοιάζει αυτό; Λοιπόν, υπάρχουν πολλές εξισώσεις παραγώγων. Το κείμενο της εργασίας περιέχει 55 εξισώσεις και υπάρχουν 67 ακόμη εξισώσεις στα παραρτήματα. Έτσι, πολλά χαρτιά μοιάζουν με αυτό.

Τα πράγματα γίνονται πολύπλοκα γιατί υπάρχουν πολλοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Υπάρχουν παλιρροϊκά φαινόμενα από τον ήλιο και άλλους πλανήτες. Οτιδήποτε στην επιφάνεια της Γης ή της Σελήνης κινείται λόγω περιστροφής. Άλλα αντικείμενα κινούνται ενώ βρίσκονται σε τροχιά. Η βαρυτική επίδραση στο χρόνο εξαρτάται από το πού βρίσκεται το αντικείμενο. Επομένως, υπάρχουν πολλά που πρέπει να παρακολουθείτε.

Ασφαλές μέλλον

Ο Ashby και ο Batla δεν χρειάζεται να λαμβάνουν τα πάντα υπόψη τους σε όλες τις περιστάσεις. Μερικοί από αυτούς τους παράγοντες είναι τόσο μικροί που μπορούν να εντοπιστούν μόνο με ένα ρολόι πολύ υψηλής ακρίβειας. Άλλοι παράγοντες τείνουν να αλληλοαναιρούνται. Ωστόσο, χρησιμοποιώντας το σύστημά τους, μπορέσαμε να υπολογίσουμε ότι ένα αντικείμενο κοντά στην επιφάνεια του φεγγαριού θα συλλάβει επιπλέον 56 μικροδευτερόλεπτα κάθε μέρα, κάτι που αποτελεί πρόβλημα σε καταστάσεις όπου μπορεί να βασιστούμε στη μέτρηση του χρόνου με ακρίβεια νανοδευτερόλεπτου.

Οι ερευνητές λένε ότι η προσέγγισή τους, αν και επικεντρώνεται στο σύστημα Γης-Σελήνης, εξακολουθεί να είναι γενικεύσιμη. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να τροποποιηθεί και να δημιουργήσει ένα πλαίσιο αναφοράς που μπορεί να λειτουργήσει στη Γη και οπουδήποτε αλλού στο ηλιακό σύστημα. Η οποία, δεδομένης της ταχύτητας με την οποία έχουμε στείλει πράγματα πέρα ​​από τη χαμηλή τροχιά της Γης, είναι πιθανώς μια υγιής ποσότητα προετοιμασίας για το μέλλον.

The Astronomical Journal, 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (Σχετικά με τα DOI).