ساعت چند روی ماه است؟

برای چندین دهه، کشش گرانشی ظریف ماه چالش آزاردهنده‌ای را به وجود آورده است – ساعت‌های اتمی روی سطح آن در حدود 56 میکروثانیه در روز سریع‌تر از ساعت‌های روی زمین حرکت می‌کنند. این تفاوت بسیار کوچک چندان زیاد به نظر نمی رسد، اما می تواند زمان دقیق مورد نیاز برای فعالیت های مهمی مانند فرود فضاپیما و ارتباط با زمین را مختل کند.

اکنون، محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) طرحی را برای اندازه گیری دقیق زمان در ماه ایجاد کرده اند که راه را برای یک سیستم ناوبری شبیه به GPS برای اکتشاف ماه هموار می کند. این تحقیق، منتشر شده در مجله نجومی، بر تعریف چارچوب نظری و مدل‌های ریاضی لازم برای ایجاد یک سیستم زمانی مختصات قمری تمرکز دارد.

این نوآوری برای جاه طلبی ناسا بسیار مهم است آرتمیس برنامه ای که با هدف ایجاد حضور پایدار انسان در ماه انجام می شود و ممکن است یک پله مهم برای اکتشاف کیهان باشد.

زمان مختصات قمری

GPS روی زمین به شدت به زمان‌سنجی دقیق متکی است. هر ماهواره در صورت فلکی GPS حامل ساعت های اتمی است که با یک مرجع زمانی مشترک هماهنگ شده اند. با اندازه‌گیری زمان لازم برای رسیدن سیگنال‌های چندین ماهواره به گیرنده، GPS می‌تواند موقعیت و زمان گیرنده را تعیین کند. با این حال، پیاده سازی یک سیستم مشابه در ماه، و ارتباط دقیق آن با منظومه زمین، چالش های منحصر به فردی را به دلیل تأثیرات نسبیت ایجاد می کند.

نظریه نسبیت اینشتین بیان می کند که گرانش بر گذر زمان تأثیر می گذارد. زمان برای همه یکنواخت جریان ندارد. برای مثال، در ماه، جایی که گرانش ضعیف‌تر از زمین است، ساعت‌ها کمی سریع‌تر می‌چرخند. علاوه بر این، یک ناظر روی زمین به دلیل تعدادی از اثرات مرتبط با گرانش، از جمله مدار ماه به دور زمین و مدار زمین به دور خورشید، زمان را کمی متفاوت از یک ناظر در ماه اندازه می‌گیرد. این اثرات می تواند به طور قابل توجهی بر ناوبری و ارتباطات دقیق در طول زمان تأثیر بگذارد.

برای رسیدگی به این موضوع، محققان NIST سیستمی را برای ایجاد و پیاده سازی زمان قمری ایجاد کرده اند که محیط گرانشی منحصر به فرد ماه را به حساب می آورد. این سیستم یک استاد جدید “زمان ماه” را ایجاد می کند که به عنوان مرجع زمان سنجی به طور خاص برای کل سطح ماه عمل می کند، مشابه نحوه عملکرد زمان جهانی هماهنگ (UTC) روی زمین.

بیجونات پاتلا، فیزیکدان NIST، می گوید: «به جای اینکه ساعت ها به تدریج با زمان زمین هماهنگ شوند، مانند این است که کل ماه در یک «منطقه زمانی» تنظیم شده برای گرانش ماه هماهنگ شود.

نیل اشبی، فیزیکدان NIST، گفت: «این کار پایه و اساس اتخاذ یک سیستم ناوبری و زمان‌بندی مشابه GPS را ایجاد می‌کند که به کاربران نزدیک زمین و زمین برای اکتشاف ماه خدمت می‌کند.

سیستم پیشنهادی اولین گام در توسعه “سیستم موقعیت یابی ماه” خواهد بود که شامل شبکه ای بسیار دقیق از ساعت ها در مکان های خاص روی سطح ماه و در مدارهای ماه می شود. این ساعت‌های اتمی دقیق در مدار ماه به‌عنوان «ماهواره‌های» شبکه GPS قمری عمل می‌کنند و سیگنال‌های زمان‌بندی دقیقی را برای ناوبری ارائه می‌دهند.

ناوبری و موقعیت یابی دقیق روی ماه می تواند به فرودهای دقیق تر و اکتشاف کارآمدتر برای منابع ماه منجر شود. بدون این «جی‌پی‌اس قمری»، فرود آمدن و کار بر روی ماه مانند تلاش برای جهت‌یابی روی زمین بدون هیچ سیستم موقعیت‌یابی خواهد بود – شما فقط یک ایده تقریبی از موقعیت مکانی خود خواهید داشت که انجام عملیات پیچیده یا سفر طولانی را بسیار دشوار می‌کند. فاصله ها را دقیق

پاتلا گفت: “هدف این است که اطمینان حاصل شود که فضاپیماها می توانند در چند متری مقصد مورد نظر خود فرود بیایند.”

مسابقه فضایی جدید

این پیشرفت به عنوان کشورهای سراسر جهان علاقه خود را به اکتشاف ماه تجدید کنند. ماه بینش های علمی ارزشمندی را در مورد شکل گیری منظومه شمسی ارائه می دهد و منابع بالقوه ای را برای فناوری های آینده، مانند یخ آب، هلیوم-3، و عناصر کمیاب زمینی که در چیزهایی مانند گوشی های هوشمند و رایانه ها استفاده می شود، در اختیار دارد.

زمان مختصات قمری می‌تواند کلیدی برای اکتشافات فضایی عمیق‌تر باشد، زیرا زمان‌سنجی ممکن است در هماهنگی مأموریت‌های پیچیده و ایجاد یک شبکه ناوبری بین سیاره‌ای مؤثر باشد.

پاتلا گفت: «چارچوب پیشنهادی زیربنای زمان مختصات قمری در نهایت می‌تواند اکتشاف فراتر از ماه و حتی فراتر از منظومه شمسی ما را ممکن کند. البته زمانی که انسان ها توانایی چنین ماموریت های بلندپروازانه ای را توسعه دهند.

این کار تا حدی توسط اداره ملی هوانوردی و فضایی تامین شد.

---

مقاله: نیل اشبی و بیجونات آر. پاتلا. یک چارچوب نسبیتی برای تخمین نرخ ساعت در ماه. مجله نجومی. منتشر شده در 12 اوت 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a