Η NASA εξερευνά νέα ρολόγια για ζωή στο φεγγάρι

Ερευνητές στο Εργαστήριο Jet Propulsion Laboratory (JPL) της NASA υπολόγισαν ένα νέο σύστημα για τη μέτρηση του σεληνιακού χρόνου. Αν και δεν χρειάζεται για τα καθημερινά προγράμματα των περισσότερων ανθρώπων, ο καθορισμός χρόνου στη σεληνιακή επιφάνεια σε σύγκριση με τον χρόνο στη Γη είναι ζωτικής σημασίας για την πραγματοποίηση μιας μόνιμης ανθρώπινης παρουσίας στο φεγγάρι.

Νωρίτερα αυτό το έτος, η κυβέρνηση Μπάιντεν έδωσε εντολή στη NASA να ξεκινήσει τις εργασίες για τον υπολογισμό της Συντονισμένης Σεληνιακής Ώρας (LTC). Όμως, χάρη στην πολυπλοκότητα της βαρυτικής δύναμης και της σχετικότητας, τα ρολόγια στο στρατόπεδο βάσης της Άρτεμις θα κινούνται διαφορετικά από εκείνα στο σπίτι. Αυτό σημαίνει εντελώς νέα ρολόγια σχεδιασμένα να λειτουργούν όσο το δυνατόν ακριβέστερα και αξιόπιστα. Σύμφωνα με μελέτη που πρόκειται να δημοσιευθεί στο περιοδικό, Φυσική Ανασκόπηση Δτο κλειδί για το νέο σύστημα είναι οι σχετικιστικοί μετασχηματισμοί του χρόνου, πιο γνωστοί ως «διαστολή χρόνου».

«Η δουλειά μας είναι εννοιολογικά ευθυγραμμισμένη με τους ευρύτερους στόχους της τυποποίησης του χρόνου σε περιβάλλοντα σεληνιακού και βαθέως διαστήματος», λέει ο αστροφυσικός της JPL και συν-συγγραφέας της μελέτης, Slava Turyshev. Λαϊκή Επιστήμη. «Αυτές είναι θεμελιώδεις για μελλοντικές σεληνιακές αποστολές που απαιτούν συγχρονισμό κάτω από νανοδευτερόλεπτο για επιχειρήσεις πλοήγησης, επικοινωνίας και επιστήμης».

[Related: NASA is designing a time zone just for the moon.]

Το μήκος ενός δευτερολέπτου αντιμετωπίζεται διαφορετικά ανάλογα με τη βαρυτική δύναμη και τη σχετική ταχύτητα. Ένας αστροναύτης στο φεγγάρι κοιτάζοντας ένα ρολόι με βάση τη Γη, για παράδειγμα, θα το έβλεπε να χάνει περίπου 58,7 μικροδευτερόλεπτα ανά επίγεια ημέρα. Αν και αυτό το ποσό μπορεί να ακούγεται μικροσκοπικό, αθροίζεται – και αυτό μπορεί να δημιουργήσει μεγάλα προβλήματα όταν οι σεληνιακές αποστολές πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων και οι ζωές των αστροναυτών είναι στη γραμμή.

«Αυτά τα συστήματα είναι ζωτικής σημασίας για την υποστήριξη της λειτουργικής αποτελεσματικότητας, των επιστημονικών προσπαθειών και των μελλοντικών εμπορικών δραστηριοτήτων στη Σελήνη», γράφει η ομάδα του Turyshev στη μελέτη τους. «Τα υπάρχοντα γήινοκεντρα πλαίσια είναι ανεπαρκή για αυτές τις απαιτήσεις, καθιστώντας αναγκαία την ανάπτυξη ενός ανεξάρτητου σεληνιακού συστήματος συντεταγμένων και χρόνου».

Ως Σύμπαν σήμερα εξηγεί, οι ερευνητές του JPL προσάρμοσαν τις αρχές της σχετικότητας που χρησιμοποιούνται στη χρονομέτρηση της Γης για ένα σεληνιακό περιβάλλον. Αυτά περιελάμβαναν παράγοντες όπως η ασθενέστερη σεληνιακή βαρύτητα που οδηγεί σε ταχύτερους ρυθμούς του ρολογιού, περιοδικές χρονικές διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια της τροχιάς του φεγγαριού και «τοπικές βαρυτικές ανωμαλίες» γνωστές ως μάσκες που επηρεάζουν τον χρόνο στο φεγγάρι. Στη συνέχεια στράφηκαν σε λεπτομερή δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από την αποστολή Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) της NASA. Το πρόγραμμα GRAIL που ξεκίνησε το 2011, χρησιμοποίησε ένα ζεύγος δορυφόρων για να χαρτογραφήσει την επιφάνεια του φεγγαριού, καθώς και να μετρήσει το βαρυτικό του πεδίο. Η ομάδα έλαβε επίσης υπόψη τις πληροφορίες που συγκεντρώθηκαν από το Lunar Laser Ranging (LLR) έργο που μέτρησε τις τροχιακές αποστάσεις μεταξύ της Σελήνης και της Γης μέχρι το χιλιοστό.

Μετά από μερικούς εξαιρετικά πυκνούς υπολογισμούς και φυσική ανάλυση, ο Turyshev και οι συνεργάτες του προσδιόρισαν ότι ο σεληνιακός χρόνος μετατοπίζεται μπροστά από τον χρόνο στη Γη κατά περίπου 56 μικροδευτερόλεπτα την ημέρα, ανάλογα με την τροχιά της Σελήνης. Αν και αυτές οι ημικανονικές ταλαντώσεις μετρούν μόνο περίπου 0,47 μικροδευτερόλεπτα κάθε 27,5 ημέρες, οι μικροσκοπικές αποκλίσεις μπορούν να κάνουν τεράστια διαφορά κατά τον υπολογισμό ασφαλών προσγειώσεων πυραύλων, χρονοδιαγράμματα αποστολών και πολλά άλλα.

Οι επιπτώσεις ενός σεληνιακού χρονοδιαγράμματος (LT) και ενός Lunicentric Coordinate Reference System (LCRS) υπερβαίνουν επίσης κατά πολύ τις αρχικές αποστολές Artemis. Τυχόν μόνιμοι οικισμοί στη Σελήνη θα απαιτήσουν ένα ειδικό σύστημα χρόνου για μεγαλύτερη αυτονομία. Αλλά αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο και τα τεράστια υλικοτεχνικά, οικονομικά και επιστημονικά εμπόδια ξεπεραστούν, μην περιμένετε να χρειαστεί να υπολογίσετε περίπλοκες μετατοπίσεις ζώνης ώρας όπως εδώ στη Γη.

«Η προσφορά μιας άμεσης μετατροπής όπως ’12 μ.μ. EST = X ΜΜ στη Σελήνη’ δεν είναι απλή λόγω της σχετικιστικής μετατόπισης μεταξύ του επίγειου χρόνου (TT) και της σεληνιακής ώρας (TL),» λέει ο Turyshev. «… Ωστόσο, αν απλοποιήσουμε τα πράγματα για παράδειγμα, η 12:00 EST στη Γη θα αντιστοιχούσε κατά προσέγγιση σε 12:00 συν μια μικροσκοπική μετατόπιση στη Σελήνη, ανάλογα με το συγκεκριμένο χρονοδιάγραμμα της αποστολής».