Kathimerini.gr
Τι ώρα είναι στη Σελήνη;
Τον Απρίλιο του 2024, ο Λευκός Οίκος ζήτησε από τους επιστήμονες να καθιερώσουν ένα πρότυπο σεληνιακής ώρας, προσβλέποντας στην αύξηση της διεθνούς παρουσίας στη Σελήνη και σε πιθανές ανθρώπινες βάσεις στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας Artemis της NASA. Το πραγματικό ερώτημα που προβληματίζει δεν είναι όμως «τι ώρα είναι;» αλλά, «πόσο γρήγορα περνάει ο χρόνος;»
Το τι ώρα δείχνει ένα ρολόι μπορεί να ρυθμιστεί από οποιονδήποτε χρονομετρητή, αλλά η φυσική καθορίζει πόσο γρήγορα περνάει ο χρόνος. Στα πρώτα χρόνια του 20ού αιώνα, ο Αλμπερτ Αϊνστάιν διαπίστωσε ότι δύο παρατηρητές δεν θα συμφωνήσουν για το πόσο διαρκεί μια ώρα αν δεν κινούνται με την ίδια ταχύτητα προς την ίδια κατεύθυνση. Αυτή η διαφωνία ισχύει επίσης μεταξύ ενός ατόμου στην επιφάνεια της Γης και ενός άλλου σε τροχιά ή στη Σελήνη.
«Αν βρισκόμαστε στη Σελήνη, τα ρολόγια θα χτυπάνε διαφορετικά [από ό,τι στη Γη]», δήλωσε ο θεωρητικός φυσικός Μπιγιούναθ Πάτλα του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) στο Μπάλντερ της Κολομβίας. Σημείωσε ότι η κίνηση της Σελήνης σε σχέση με τη δική μας κάνει τα ρολόγια να τρέχουν πιο αργά από τα γήινα πρότυπα, αλλά η χαμηλότερη βαρύτητά της οδηγεί τα ρολόγια να τρέχουν πιο γρήγορα. «Ετσι, πρόκειται για δύο ανταγωνιστικές επιδράσεις και το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια παρέκκλιση 56 μικροδευτερολέπτων ανά ημέρα» (Αυτό είναι 0,000056 δευτερόλεπτα).
Ο Πάτλα και ο συνάδελφός του φυσικός του NIST Νιλ Ασμπι χρησιμοποίησαν τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν για να υπολογίσουν αυτόν τον αριθμό, μια βελτίωση σε σχέση με προηγούμενες αναλύσεις. Δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο Astronomical Journal.
Η σημασία του ευρήματος
Αν και η διαφορά των 56 μικροδευτερολέπτων είναι μικρή για τα ανθρώπινα δεδομένα, είναι σημαντική όταν πρόκειται για την καθοδήγηση πολλαπλών αποστολών ή για την επικοινωνία μεταξύ Γης και Σελήνης.
«Το θεμελιώδες είναι η ασφάλεια της πλοήγησης στο πλαίσιο ενός σεληνιακού συστήματος αναφοράς, όταν έχουμε πολύ μεγαλύτερη δραστηριότητα στη Σελήνη από ό,τι τώρα», δήλωσε η Σέριλ Γκράμλινγκ, μηχανικός συστημάτων στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA. «Οσον αφορά την πλοήγηση, μια απόκλιση 56 μικροδευτερολέπτων κατά τη διάρκεια μιας ημέρας μεταξύ ενός ρολογιού στη Σελήνη και [ενός ρολογιού] στη Γη είναι μια μεγάλη διαφορά, οπότε πρέπει να την προσαρμόσετε».
Η σύγχρονη πλοήγηση ακριβείας βασίζεται στον συγχρονισμό των ρολογιών, ο οποίος προϋποθέτει συντονισμό με τη χρήση ραδιοκυμάτων, τα οποία ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Ο Γκράμλινγκ σημείωσε ότι το φως διανύει 30 εκατοστά (11,8 ίντσες) σε 1 νανοδευτερόλεπτο (0,001 μικροδευτερόλεπτο), ένα απίστευτα σύντομο χρονικό διάστημα για τα ανθρώπινα δεδομένα, οπότε αν δεν ληφθεί υπόψη η απόκλιση των 56 μικροδευτερολέπτων θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε σφάλματα πλοήγησης με αποκλίσεις… χιλιομέτρων. Ακόμα και ένα κλάσμα αυτού του σφάλματος δεν είναι αποδεκτό όταν πρόκειται για τις αποστολές Artemis, οι οποίες απαιτούν να γνωρίζουν τη θέση κάθε οχήματος, προσεδάφισης ή αστροναύτη με ακρίβεια 10 μέτρων ανά πάσα στιγμή.
Ενα βασικό συμπέρασμα της θεωρίας της σχετικότητας είναι ότι δεν υπάρχει απόλυτος χρόνος. Ενα ρολόι στην επιφάνεια της Γης θα κυλά πιο αργά σε σχέση με ένα ρολόι σε τροχιά εξαιτίας των βαρυτικών επιδράσεων, γι’ αυτό και οι δορυφόροι GPS πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους τη σχετικότητα. (Ο συντονισμένος παγκόσμιος χρόνος και άλλα πρότυπα στη Γη χρησιμοποιούν επίσης δίκτυα ρολογιών που διορθώνουν τις μικροσκοπικές διαφορές λόγω της διαφορετικής βαρυτικής έλξης σε άλλα υψόμετρα).
Ο προσδιορισμός της διαφοράς στη χρονομέτρηση μεταξύ της Γης και της Σελήνης προσθέτει επιπλέον επιπλοκές. Η Σελήνη κινείται σε σχέση με οποιοδήποτε σημείο στην επιφάνεια της Γης λόγω της περιστροφής μας και της τροχιάς της γύρω μας, πράγμα που σημαίνει ότι οποιοδήποτε σεληνιακό ρολόι θα φαίνεται να λειτουργεί πιο αργά από τη δική μας οπτική γωνία. Επιπλέον, κάθε ρολόι στη Σελήνη επηρεάζεται από τη βαρύτητα της Σελήνης και της Γης. (Οι τεχνητοί δορυφόροι δεν είναι αρκετά μεγάλοι ή ογκώδεις ώστε να έχουν σημασία οι δικές τους βαρυτικές επιδράσεις).
Ο σωστός υπολογισμός αυτών των επιδράσεων της σχετικότητας απαιτεί την επιλογή ενός κατάλληλου πλαισίου αναφοράς. Οι Ασμπι και Πάτλα αντιμετώπισαν το πρόβλημα λαμβάνοντας υπόψη τους την περιστροφή κάθε σώματος, τις παλιρροϊκές δυνάμεις, τις αποκλίσεις στο σχήμα από τις τέλειες σφαίρες και ούτω καθεξής.
Ο θεωρητικός φυσικός Σεργκέι Κοπίκιν του Πανεπιστημίου του Μιζούρι και ο αστρονόμος Τζωρτζ Κάπλαν του Ναυτικού Αστεροσκοπείου των ΗΠΑ επίσης υπολόγισαν –ανεξάρτητα– μια χρονική διαφορά 56 μικροδευτερολέπτων μεταξύ της Γης και της Σελήνης. Εντόπισαν επίσης μικρότερες, περιοδικές διακυμάνσεις που οφείλονται σε μικροσκοπικές μεταβολές των παλιρροϊκών δυνάμεων από τον Ηλιο και τον Δία, επιδράσεις σε επίπεδο νανοδευτερολέπτων, οι οποίες, ωστόσο, πρέπει να ληφθούν υπόψη για την επίτευξη ακρίβειας πλοήγησης σε κλίμακα 10 μέτρων.
«Η κοινότητα [της σχετικότητας] μας προσέφερε μεγάλη υπηρεσία με τη δημοσίευση όλης αυτής της εργασίας», δήλωσε ο Γκράμλινγκ. «Τώρα έχουμε κάτι να παρουσιάσουμε σε ολόκληρη τη διεθνή κοινότητα των ειδικών του χρονισμού και να αναρωτηθούμε: “Είναι αυτό το μοντέλο που μπορούμε να τυποποιήσουμε για τη Σελήνη;”».
Θα χρειαστούν πολλά χρόνια ή δεκαετίες προτού η Σελήνη κατοικηθεί από αρκετούς ανθρώπους και ρομπότ ώστε να χρειαστεί αυτό το επίπεδο ακρίβειας στη μέτρηση του χρόνου. Ωστόσο, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί αναγνωρίζουν πόσο σημαντικό είναι να υπάρχει μια σεληνιακή πρότυπη ώρα πολύ πριν χρειαστεί. Τώρα έκαναν αυτό το δύσκολο πρώτο βήμα προς τη γνώση της ώρας στη Σελήνη.
Πηγή: livescience.com
