Vědci našli způsob, jak udržet hodiny na Zemi a Měsíci v synchronizaci

Načasování je v dnešní době všechno. Komunikační sítě a globální systémy určování polohy závisí na přesném sledování přesného načasování signálů – včetně zohlednění účinků relativity. Čím hlouběji jdete do gravitační studny, tím pomaleji plyne čas a my jsme dosáhli bodu, kdy můžeme detekovat rozdíly ve výškách planet. Jeden milimetrČas plyne rychleji ve výšce, ve které se nacházejí satelity GPS, než tomu je u hodin na zemském povrchu. Věci komplikuje to, že se tyto satelity pohybují vysokou rychlostí, což je efekt, který věci zpomaluje.

To je poměrně snadné vysvětlit na Zemi, kde máme co do činění s jedinou sadou modifikací, které lze naprogramovat do elektronických zařízení, která potřebují tyto věci sledovat. Existují však plány na vyslání řady přístrojů na Měsíc, který má mnohem nižší gravitační pole (rychlejší hodiny!), což znamená, že objekty by mohly zůstat na oběžné dráze, přestože se pohybují pomalu (také rychlejší!).

Bylo by snadné vytvořit podobný systém pro sledování času na Měsíci, ale to by nevyhnutelně způsobilo, že hodiny nebudou synchronizovány s těmi na Zemi – což je vážný problém pro věci, jako jsou vědecká pozorování. Proto Mezinárodní astronomická unie Má rozhodnutí To vyžaduje „lunární nebeský referenční systém“ a „lunární souřadnicový čas“, aby se tam věci zvládly. V pondělí provedli dva výzkumníci z Národního institutu pro standardy a technologie, Neil Ashby a Bijunath Patla, výpočet, aby ukázali, jak to funguje.

Udržujte čas

Připravujeme se na průzkum Měsíce. Pokud vše půjde dobře, vyšle Čína a koalice vedená USA několik bezpilotních misí, které by mohly vést k trvalé lidské přítomnosti. Na Měsíci budeme mít stále větší množství zařízení a nakonec i zařízení. Sledování několika položek najednou bylo pro mise Apollo dostačující, ale budoucí mise možná budou muset přistát na přesných místech a možná se mezi nimi pohybovat. Díky tomu je ekvivalent lunárního GPS cenný, uvádí Národní institut pro standardy a technologie ve své zprávě z roku 2011. Jeho tisková zpráva Pracovní inzerát.

Je možné, že toto vše by zvládl nezávislý lunární polohovací systém, pokud jsme ochotni připustit, že se pohybuje podle vlastního rytmu času. Ale to se stane problémem, pokud budeme dělat věci, jako je provádění astronomie z Měsíce, kde bude rozhodující přesné načasování událostí. Povolení dvou samostatných systémů také znamená přepínání všech systémů měření času na palubě vozidel, když mezi nimi cestují.

Dospěli jsme k teorii, která řídí, jak přistupovat k vytvoření jednotného systému. Praktická aplikace tohoto je však ponechána jako cvičení pro budoucí výzkumníky. Ale budoucnost je zjevně nyní.

Ashby a Patla vyvinuli systém, pomocí kterého bylo možné vypočítat cokoli s odkazem na střed hmoty systému Země/Měsíc. Nebo jak to uvedli v novinách, jejich matematický systém „nám umožňuje porovnávat frekvence lunárních hodin a lunární Lagrangeovy body ve vztahu k hodinám na Zemi pomocí měření vhodného pro místní rámec volného pádu, jako je těžiště Země. – Systém Měsíce v gravitačním poli Slunce.“

jak to vypadá? No, existuje spousta derivačních rovnic. Text příspěvku obsahuje 55 rovnic, v přílohách je dalších 67 rovnic. Takže spousta papíru vypadá takto.

Věci se komplikují, protože je třeba zvážit mnoho faktorů. Existují slapové efekty ze Slunce a jiných planet. Cokoli na povrchu Země nebo Měsíce se pohybuje v důsledku rotace; Jiné objekty se pohybují na oběžné dráze. Gravitační účinek na čas závisí na tom, kde se objekt nachází. Je tedy co sledovat.

Bezpečná budoucnost

Ashby a Batla nemusí za všech okolností brát v úvahu všechno. Některé z těchto faktorů jsou tak malé, že je lze detekovat pouze pomocí velmi přesných hodinek. Ostatní faktory mají tendenci se navzájem rušit. Pomocí jejich systému jsme však byli schopni vypočítat, že objekt v blízkosti povrchu Měsíce zachytí každý den dalších 56 mikrosekund, což je problém v situacích, kdy bychom se mohli spolehnout na měření času s přesností na nanosekundy.

Vědci tvrdí, že jejich přístup, i když je zaměřen na systém Země-Měsíc, je stále zobecnitelný. To znamená, že může být upraven a vytvořit referenční rámec, který může fungovat na Zemi a kdekoli jinde ve sluneční soustavě. Což je vzhledem k rychlosti, s jakou jsme poslali věci za nízkou oběžnou dráhu Země, pravděpodobně zdravá příprava na budoucnost.

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