Forscher haben einen Weg gefunden, die Uhren auf der Erde und dem Mond synchron zu halten

Timing ist heutzutage alles. Kommunikationsnetze und globale Positionierungssysteme hängen alle von der präzisen Verfolgung des genauen Timings von Signalen ab – einschließlich der Berücksichtigung der Auswirkungen der Relativitätstheorie. Je tiefer man in den Schwerkraftschacht vordringt, desto langsamer vergeht die Zeit und wir haben den Punkt erreicht, an dem wir Höhenunterschiede der Planeten feststellen können. Ein MillimeterIn der Höhe, in der sich GPS-Satelliten befinden, vergeht die Zeit schneller als bei Uhren auf der Erdoberfläche. Erschwerend kommt hinzu, dass sich diese Satelliten mit hoher Geschwindigkeit bewegen, was die Geschwindigkeit verlangsamt.

Dies lässt sich auf der Erde relativ einfach erklären, wo wir es mit einer einzigen Reihe von Modifikationen zu tun haben, die in die elektronischen Geräte programmiert werden können, die diese Dinge verfolgen müssen. Es gibt jedoch Pläne, eine Vielzahl von Instrumenten zum Mond zu schicken, der ein viel geringeres Gravitationsfeld hat (schnellere Uhren!), was bedeutet, dass Objekte trotz langsamer Bewegung im Orbit bleiben könnten (auch schnellere Uhren!).

Es wäre einfach, ein ähnliches System zur Zeitverfolgung auf dem Mond zu schaffen, aber das würde unweigerlich dazu führen, dass die Uhren nicht mehr mit denen auf der Erde synchron sind – ein ernstes Problem für Dinge wie wissenschaftliche Beobachtungen. Daher die Internationale Astronomische Union Er hat eine Entscheidung Dies erfordert ein „Mond-Himmelsreferenzsystem“ und eine „Mondkoordinatenzeit“, um die Dinge dort zu bewältigen. Am Montag führten zwei Forscher des National Institute of Standards and Technology, Neil Ashby und Bijunath Patla, eine Berechnung durch, um zu zeigen, wie das funktioniert.

Halten Sie Zeit

Wir bereiten uns auf die Erkundung des Mondes vor. Wenn alles gut geht, werden China und eine von den USA geführte Koalition mehrere unbemannte Missionen entsenden, was zu einer dauerhaften menschlichen Präsenz führen könnte. Wir werden über eine zunehmende Anzahl von Geräten und schließlich auch Einrichtungen auf dem Mond verfügen. Für die Apollo-Missionen reichte es aus, nur wenige Gegenstände auf einmal zu verfolgen, aber zukünftige Missionen müssen möglicherweise an genauen Orten landen und sich möglicherweise zwischen diesen bewegen. Dies macht das Äquivalent eines Mond-GPS wertvoll, stellt das National Institute of Standards and Technology in seinem Bericht von 2011 fest. Seine Pressemitteilung Stellenanzeige.

Es ist möglich, dass all dies von einem unabhängigen Mondpositionierungssystem bewältigt werden könnte, wenn wir bereit sind zu akzeptieren, dass es sich in seinem eigenen Zeitrhythmus bewegt. Dies wird jedoch zu einem Problem, wenn wir beispielsweise Astronomie vom Mond aus durchführen, bei der es auf den genauen Zeitpunkt der Ereignisse ankommt. Die Zulassung zweier getrennter Systeme bedeutet auch, dass alle Zeiterfassungssysteme an Bord der Fahrzeuge auf der Fahrt zwischen den beiden Systemen umgestellt werden müssen.

Es wurde eine Theorie entwickelt, die regelt, wie man an die Schaffung eines einzigen Systems herangeht. Die praktische Anwendung bleibt jedoch den künftigen Forschern vorbehalten. Aber die Zukunft liegt eindeutig jetzt.

Ashby und Patla entwickelten ein System, mit dem alles anhand des Massenschwerpunkts des Systems Erde/Mond berechnet werden konnte. Oder wie sie es in der Arbeit ausdrücken: Ihr mathematisches System „ermöglicht es uns, Monduhrraten und Mond-Lagrange-Punkte im Verhältnis zu Uhren auf der Erde zu vergleichen, indem wir ein Maß verwenden, das für ein lokales Freifallsystem wie den Massenschwerpunkt der Erde geeignet ist.“ -Mondsystem im Gravitationsfeld der Sonne.“

Wie sieht das aus? Nun, es gibt viele Ableitungsgleichungen. Der Text der Arbeit enthält 55 Gleichungen und in den Anhängen befinden sich 67 weitere Gleichungen. Ein großer Teil des Papiers sieht also so aus.

Die Dinge werden kompliziert, weil viele Faktoren zu berücksichtigen sind. Es gibt Gezeiteneffekte von der Sonne und anderen Planeten. Alles auf der Erd- oder Mondoberfläche bewegt sich aufgrund der Rotation; Andere Objekte bewegen sich im Orbit. Der zeitliche Einfluss der Gravitation hängt davon ab, wo sich das Objekt befindet. Es gibt also viel zu beachten.

Sichere Zukunft

Ashby und Batla müssen nicht unter allen Umständen alles berücksichtigen. Einige dieser Faktoren sind so gering, dass sie nur mit einer sehr hochpräzisen Uhr erfasst werden können. Andere Faktoren heben sich tendenziell gegenseitig auf. Mithilfe ihres Systems konnten wir jedoch berechnen, dass ein Objekt in der Nähe der Mondoberfläche jeden Tag zusätzliche 56 Mikrosekunden erfassen würde, was in Situationen, in denen wir uns auf eine Zeitmessung mit Nanosekundengenauigkeit verlassen könnten, ein Problem darstellt.

Die Forscher sagen, dass ihr Ansatz, obwohl er sich auf das Erde-Mond-System konzentriert, dennoch verallgemeinerbar ist. Das bedeutet, dass es modifiziert werden kann und einen Bezugsrahmen schafft, der auf der Erde und überall sonst im Sonnensystem funktionieren kann. Was angesichts der Geschwindigkeit, mit der wir Dinge über die erdnahe Umlaufbahn hinausgeschickt haben, wahrscheinlich eine gute Vorbereitung auf die Zukunft darstellt.

Das Astronomical Journal, 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (Über DOIs).