Pe Pământ, timpul trece mai repede în vârf de munte. Oamenii de știință spun că trebuie să trimitem ceasuri pe Lună cât mai curând

Poate că cea mai mare ciudățenie a universului nostru este problema inerentă a cronometrării timpului: secundele trec cu puțin mai repede în vârful unui munte decât în văile de pe Pământ.

În scopuri practice, majoritatea oamenilor nu trebuie să își facă griji cu privire la aceste diferențe. Dar o nouă cursă spațială a făcut ca Statele Unite și aliații, dar și China, să se grăbească să creeze așezări permanente pe Lună, iar acest lucru a adus din nou în prim-plan „ciudățeniile" trecerii timpului, notează CNN.

Pe suprafața Lunii, o singură zi terestră ar fi cu aproximativ 56 de microsecunde mai scurtă decât pe planeta noastră - un număr minuscul care poate duce la neconcordanțe semnificative în timp.

Oamenii de știință nu urmăresc doar să creeze un nou "fus orar" pe Lună, așa cum au sugerat unele titluri de presă, a declarat Cheryl Gramling, responsabilă cu poziția lunară, navigația, sincronizarea și standardele la Centrul Goddard Space Flight Center al NASA din Maryland.

Mai degrabă, agenția spațială și partenerii săi caută să creeze o "scală de timp" complet nouă, sau un sistem de măsurare care să țină cont de faptul că secundele trec mai repede pe Lună, a precizat Gramling.

Scopul agenției este de a lucra cu partenerii internaționali pentru a stabili o nouă metodă de urmărire a timpului, în special pentru Lună, pe care națiunile cu experiență spațială să fie de acord să o respecte.

Un memorandum recent al Casei Albe a cerut, de asemenea, NASA să își prezinte planurile pentru această nouă scală de timp până la 31 decembrie, numind-o "fundamentală" pentru reînnoirea eforturilor SUA de a explora suprafața lunară.

Memorandumul cere, de asemenea, ca NASA să implementeze un astfel de sistem până la sfârșitul anului 2026, același an în care agenția spațială își propune să readucă astronauți pe Lună pentru prima dată în cinci decenii.

Pentru măsurătorii de timp ai lumii, lunile următoare ar putea fi cruciale pentru a afla cum să păstreze cu precizie ora lunară - și pentru a ajunge la acorduri privind modul, momentul și locul în care să se amplaseze ceasuri pe Lună.

Un astfel de cadru va fi crucial pentru oamenii care vizitează cel mai apropiat vecin ceresc, a declarat Gramling pentru CNN. Astronauții de pe Lună, de exemplu, își vor părăsi habitatele pentru a explora suprafața și pentru a efectua investigații științifice, a spus ea.

De asemenea, ei vor comunica între ei sau își vor conduce mașinile lunare în timp ce se vor afla pe suprafața lunară.

"Când vor naviga în raport cu Luna", a spus Gramling, "timpul trebuie să fie în raport cu Luna".

Simplele cadrane solare sau formațiuni de piatră, care urmăresc umbrele pe măsură ce soarele trece pe deasupra, marchează evoluția unei zile, la fel cum fazele schimbătoare ale Lunii pot înregistra trecerea unei luni pe Pământ.

Aceste cronometre naturale au ținut oamenii în grafic timp de milenii. Dar, probabil că de când ceasurile mecanice au început să se impună la începutul secolului al XIV-lea, ceasornicarii au devenit din ce în ce mai pretențioși cu privire la precizie.

Măsurarea exactă a secundelor a devenit și mai complicată la începutul anilor 1900, datorită lui Albert Einstein, fizicianul de origine germană care a zguduit comunitatea științifică cu teoriile sale despre relativitatea specială și generală. "La naiba cu Einstein - el a venit cu relativitatea generală și multe lucruri ciudate au ieșit din ea", a declarat Dr. Bruce Betts, cercetător șef la The Planetary Society, un grup nonprofit de interes spațial.

"Unul dintre ele este că gravitația încetinește timpul". Relativitatea generală este complicată, dar, în linii mari, este un cadru care explică modul în care gravitația afectează spațiul și timpul. Imaginați-vă că sistemul nostru solar este o bucată de țesătură suspendată în aer. Acea țesătură este spațiul și timpul însuși, care - conform teoriilor lui Einstein - sunt legate în mod inextricabil. Și fiecare corp ceresc din sistemul solar, de la Soare la planete, este ca o minge grea așezată deasupra țesăturii.

Cu cât mingea este mai grea, cu atât mai adâncă este diviziunea pe care o creează, deformând spațiul și timpul. Chiar și ideea de "secundă" terestră este un concept creat de om, greu de măsurat.

Și teoria relativității generale a lui Einstein a fost cea care a explicat de ce timpul trece ceva mai încet la altitudini mai mici - deoarece gravitația are un efect mai puternic mai aproape de un obiect masiv (cum ar fi planeta noastră).

Oamenii de știință au găsit o soluție modernă la toate complicațiile relativității pentru măsurarea timpului pe Pământ: Pentru a ține cont de diferențele imperceptibile, ei au instalat câteva sute de ceasuri atomice în diverse locații din întreaga lume.

Ceasurile atomice sunt instrumente ultraprecise care folosesc vibrația atomilor pentru a măsura trecerea timpului, iar aceste ceasuri - în conformitate cu teoriile lui Einstein - ticăie cu atât mai încet cu cât se află mai aproape de suprafața Pământului.

Citirile de la ceasurile atomice din întreaga lume pot fi calculate ca medie pentru a obține un sens larg, dar cât se poate de precis, al timpului pentru întreaga planetă Pământ, ceea ce ne dă timpul universal coordonat sau UTC.

Cu toate acestea, ocazional, sunt luate în considerare "secundele trecute" pentru a menține UTC în concordanță cu ușoarele modificări ale vitezei de rotație a Pământului. Această păstrare metodică a timpului ajută lumea modernă să se desfășoare, a declarat Kevin Coggins, administrator asociat adjunct și manager al Programului de comunicații și navigație spațială al NASA.

"Dacă ați cercetat timpul pe Pământ, vă dați seama că acesta este factorul esențial pentru orice: economia, securitatea alimentară, comerțul, comunitatea financiară, chiar și explorarea petrolului. Ei folosesc ceasuri precise", a declarat Coggins. "Este în tot ceea ce contează în societatea modernă".

Dacă timpul se înregistrează diferit pe vârfurile munților față de malurile oceanelor, vă puteți imagina că lucrurile devin și mai bizare cu cât vă îndepărtați mai mult de Pământ. Pentru a complica și mai mult lucrurile, timpul trece, de asemenea, cu atât mai încet cu cât o persoană sau o navă spațială se deplasează mai repede, conform teoriei relativității speciale a lui Einstein.

Astronauții de pe Stația Spațială Internațională, de exemplu, sunt norocoși, a declarat Dr. Bijunath Patla, fizician teoretician la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din SUA, într-un interviu telefonic. Deși stația spațială orbitează la aproximativ 322 de kilometri deasupra suprafeței Pământului, aceasta se deplasează, de asemenea, la viteze mari - făcând o buclă în jurul planetei de 16 ori pe zi - astfel încât efectele relativității se anulează oarecum, a spus Patla.

Din acest motiv, astronauții de pe laboratorul orbital pot folosi cu ușurință ora Pământului pentru a se încadra în program.

Din fericire, oamenii de știință au deja zeci de ani de experiență în confruntarea complexităților. Navele spațiale, de exemplu, sunt echipate cu propriile lor ceasuri numite oscilatoare, a declarat Gramling. "Ele folosesc propriul timp", a spus Gramling.

"Și majoritatea operațiunilor noastre pentru navele spațiale - chiar și pentru navele spațiale care se află până la Pluto sau în Centura Kuiper, cum ar fi New Horizons - (se bazează pe) stațiile terestre care se află pe Pământ.

Așa că tot ceea ce fac acestea trebuie să se coreleze cu UTC". Dar aceste nave spațiale se bazează, de asemenea, pe timpul lor propriu, a spus Gramling. Vehiculele care explorează adânc în sistemul solar, de exemplu, trebuie să știe - pe baza propriei lor scări de timp - când se apropie de o planetă, în cazul în care nava spațială trebuie să folosească acel corp planetar în scopuri de navigație, a adăugat ea.

Timp de 50 de ani, oamenii de știință au putut, de asemenea, să observe ceasurile atomice care se află la bordul sateliților GPS, care orbitează în jurul Pământului la o distanță de aproximativ 20.200 de kilometri, adică la aproximativ o a nouăsprezecea parte din distanța dintre planeta noastră și Lună.

Studierea acestor ceasuri le-a oferit oamenilor de știință un punct de plecare excelent pentru a începe să extrapoleze mai departe, în timp ce își propun să stabilească o nouă scală de timp pentru Lună, a declarat Patla. "Putem compara cu ușurință ceasurile (GPS) cu ceasurile de la sol", a spus Patla, adăugând că oamenii de știință au găsit o modalitate de a încetini ușor ceasurile GPS, făcându-le să ticăie mai mult în concordanță cu ceasurile de pe Pământ.

"Evident, nu este atât de ușor pe cât pare, dar este mai ușor decât să creezi o dezorganizare". Cu toate acestea, pentru Lună, oamenii de știință probabil că nu vor căuta să încetinească ceasurile. Ei speră să măsoare cu exactitate timpul lunar așa cum este el - asigurându-se în același timp că poate fi raportat la timpul terestru, potrivit lui Patla, care a fost recent coautor al unei lucrări care detaliază un cadru pentru timpul lunar.

Studiul a încercat, de asemenea, să stabilească cu exactitate cât de diferite sunt timpul lunar și timpul terestru, deoarece estimările au oscilat între 56 și 59 de microsecunde pe zi. Potrivit documentului, ceasurile de la ecuatorul Lunii ar ticăi cu 56,02 microsecunde pe zi mai repede decât ceasurile de la ecuatorul Pământului.

Ceea ce oamenii de știință știu cu siguranță este că trebuie să trimită pe Lună instrumente de precizie pentru măsurarea timpului. Cine plătește pentru ceasurile lunare, ce tip de ceasuri vor fi instalate și unde vor fi amplasate sunt întrebări care rămân în aer, a spus Gramling.

"Trebuie să rezolvăm toate acestea", a spus ea. "Nu cred că știm încă. Cred că va fi un amalgam de mai multe lucruri diferite". Ceasurile atomice, a remarcat Gramling, sunt excelente pentru stabilitatea pe termen lung, iar oscilatoarele cu cristale au un avantaj pentru stabilitatea pe termen scurt.

"Nu te poți încrede niciodată într-un singur ceas", a adăugat Gramling. "Și niciodată nu ai încredere în două ceasuri".

Ceasurile de diferite tipuri ar putea fi plasate în interiorul sateliților care orbitează în jurul Lunii sau poate în locurile precise de pe suprafața lunară pe care astronauții le vor vizita într-o zi. În ceea ce privește prețul, un ceas atomic demn de o călătorie în spațiu ar putea costa în jur de câteva milioane de dolari, potrivit lui Gramling, oscilatoarele cu cristale fiind substanțial mai ieftine.

Dar, a spus Patla, primești ceea ce plătești. "Oscilatoarele foarte ieftine ar putea fi greșite cu milisecunde sau chiar cu zeci de milisecunde", a adăugat el. "Iar acest lucru este important, deoarece, în scopuri de navigație, avem nevoie ca ceasurile să fie sincronizate la zecimale de nanosecunde".

O rețea de ceasuri de pe Lună ar putea funcționa în mod concertat pentru a informa noua scală de timp lunară, la fel cum fac ceasurile atomice pentru UTC pe Pământ. Nu vor exista, a adăugat Gramling, fusuri orare diferite pe Lună.

"Au existat discuții despre crearea unor zone diferite, răspunsul fiind: «Nu»", a spus ea. "Dar acest lucru s-ar putea schimba în viitor". Noua scală de timp ar sta la baza unei întregi rețele lunare, pe care NASA și aliații săi au numit-o LunaNet.

„Vă puteți gândi la LunaNet ca la internet - sau la internet și la un sistem global de navigație prin satelit, toate combinate", a declarat Gramling. Este „un cadru de standarde pe care contribuitorii la LunaNet (cum ar fi NASA sau Agenția Spațială Europeană) l-ar urma".

„Și vă puteți gândi la contribuitori poate ca la furnizorul dumneavoastră de servicii de internet", a adăugat Gramling. Crearea unui astfel de cadru înseamnă să aduci la masa de discuții o mulțime de oameni din întreaga lume.

Până acum, a spus Gramling, conversațiile cu partenerii americani au fost „foarte, foarte pozitive". Nu este clar dacă NASA și partenerii săi în acest efort, printre care se numără și Agenția Spațială Europeană, vor obține acceptul unor națiuni care nu se numără printre aliații SUA, cum ar fi China.

Gramling a precizat că aceste conversații vor avea loc prin intermediul organismelor internaționale de stabilire a standardelor, cum ar fi Uniunea Astronomică Internațională.