Лунная система координат и времени может послужить основой для разработки навигационной системы на Луне, подобной GPS. Это будет важная часть инфраструктуры для будущих лунных миссий, поддерживающая как пилотируемые, так и роботизированные операции. Фото предоставлено: НАСА
На протяжении десятилетий гравитационное притяжение Луны представляло собой серьезную проблему: атомные часы на ее поверхности шли примерно на 56 микросекунд в день быстрее, чем на Земле. Эта чрезвычайно небольшая разница может показаться незначительной, но она может нарушить точное время, необходимое для важных действий, таких как посадка космического корабля и связь с Землей.
Теперь исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали план точного измерения времени на Луне, прокладывая путь к навигационной системе, подобной GPS, для исследования Луны. Исследование, опубликованное в Astronomical Journal, сосредоточено на определении теоретической основы и математических моделей, необходимых для создания лунной системы координат и времени.
Это нововведение имеет решающее значение для амбициозной программы НАСА «Артемида», целью которой является установление постоянного присутствия человека на Луне и может стать важной вехой в освоении космоса.
Лунные координаты времени
GPS на Земле во многом зависит от точного хронометража. Каждый спутник в созвездии GPS имеет атомные часы, синхронизированные с общим временем. Измеряя время, необходимое сигналам от нескольких спутников для достижения приемника, GPS может определить положение и время приемника. Однако внедрение аналогичной системы на Луне и точное сопоставление ее с системой Земли представляет собой уникальные проблемы из-за эффектов теории относительности.
Теория относительности Эйнштейна утверждает, что гравитация влияет на ход времени. Время не везде течёт одинаково. Например, на Луне, где гравитация слабее, чем на Земле, часы идут немного быстрее.
Кроме того, наблюдатель на Земле измеряет время немного иначе, чем наблюдатель на Луне. Это связано с несколькими гравитационными эффектами, включая орбиту Луны вокруг Земли и орбиту Земли вокруг Солнца. Эти эффекты могут со временем существенно повлиять на точность навигации и связи.
Чтобы решить эту проблему, исследователи NIST разработали систему установки и внедрения лунного времени, которая учитывает уникальную гравитационную среду Луны. Эта система устанавливает новое центральное «лунное время», которое служит эталоном времени специально для всей лунной поверхности, подобно тому, как Всемирное координированное время (UTC) работает на Земле.
«Это похоже на то, как будто вся Луна синхронизирована с «часовым поясом», адаптированным к гравитации Луны, а не часы постепенно отстают от земного времени», — сказал физик NIST Биджунатх Патла.
«Эта работа закладывает основу для внедрения системы навигации и синхронизации, подобной GPS, которая принесет пользу как околоземным, так и наземным пользователям в исследовании Луны», — сказал физик NIST Нил Эшби.
Предлагаемая система станет первым шагом в разработке «системы лунного позиционирования», которая будет включать в себя высокоточную сеть часов в определенных местах на лунной поверхности и на лунных орбитах. Эти точные атомные часы на лунной орбите будут действовать как «спутники» лунной сети GPS, обеспечивая точные сигналы времени для навигации.
Точная навигация и позиционирование на Луне могут привести к более точным посадкам и более эффективному исследованию лунных ресурсов. Без этого «лунного GPS» посадка и работа на Луне были бы подобны попытке навигации по Земле без системы слежения – вы имели бы лишь приблизительное представление о своем местоположении, что крайне затрудняло бы проведение сложных операций или прикрытие именно на большие расстояния.
«Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что космический корабль сможет приземлиться в пределах нескольких метров от места назначения», — сказал Патла.
Новая космическая гонка
Этот прорыв произошел в то время, когда страны всего мира проявляют все больший интерес к исследованию Луны. Луна дает ценную научную информацию о формировании нашей Солнечной системы и содержит потенциальные ресурсы для будущих технологий, таких как водяной лед, гелий-3 и редкоземельные элементы, используемые в таких устройствах, как смартфоны и компьютеры.
Время по лунным координатам может иметь решающее значение для исследования более глубоких областей космоса, поскольку измерение времени может иметь решающее значение для координации сложных миссий и создания межпланетной навигационной сети.
«Предлагаемая структура, лежащая в основе времени в лунных координатах, может в конечном итоге позволить проводить исследования за пределами Луны и даже за пределами нашей Солнечной системы», — сказал Патла. «Конечно, как только человечество разовьет возможности для таких амбициозных миссий».
Информация от: Национальным институтом стандартов и технологий.
