По какому времени будут жить земляне на лунной базе?
Чтобы предотвратить хаос в освоении нашего спутника, в ближайшее время мировому сообществу надо прийти к соглашению. Именно этот вопрос поднимается в недавней публикации в журнале Nature. Не пора ли ввести какой-то единый отсчет для лунного времени?
Время на космическом аппарате обычно синхронизируется со временем отправившей его страны, но поскольку разные страны планируют работать на Луне и вокруг нее одновременно, и этих стран все больше, необходимо привести хронометраж к общему знаменателю. Это особенно важно для того, чтобы иметь возможность определять положение на Луне с помощью технологии, подобной GPS, когда координаты объекта отображаются при взаимодействии с тремя спутниками.
Однако на пути к установлению «лунного времени» существуют значительные препятствия. Неясно, какое космическое агентство должно отвечать за создание и поддержание «лунного времени» и должно ли оно быть связано со временем на Земле или функционировать как отдельный часовой пояс. Кроме того, на Земле и Луне время идет по-разному. Поэтому вопрос о том, как определить лунное времяисчисление, остается предметом споров.
доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, Физический институт им. Лебедева РАН:
Мы достигли немалых успехов в измерении и «поддержании» точного времени на Земле. Насколько (не)просто распространить его на Луну?
Для начала договоримся, что мы не хотим привязывать исчисление времени на Луне к какой-то зоне поясного времени на Земле. Вообще-то, такой привязки к «своему» времени можно было бы ожидать от центра управления какой-либо космической миссией, но даже здесь популярен другой вариант: пока речь идет о полете одного космического аппарата, удобным оказывается время, отмеряющее продолжительность полета. Например, лунный модуль Аполлона 11 совершил посадку в момент 102:45:39,9 — это часы:минуты:секунды с момента старта. Однако неудобства такого исчисления времени очевидны при наличии нескольких аппаратов в космосе. Дополнительное неудобство возникает для МКС, которая провела в космосе более двухсот двенадцати тысяч часов. А поскольку МКС — международная станция, привязка к времени в центре управления тоже не лучшее решение. Так или иначе, на МКС в качестве времени принято UTC, Всемирное координированное время. Оно же, кстати, используется в авиации — для планирования полетов и контроля за воздушным движением, а также в прогнозах погоды.
Это координированное время нравится нам за то, что мы хорошо умеем его поддерживать, а одна его секунда имеет неизменную продолжительность — причем такую, которая определена в Международной системе единиц. Правда, из-за замедления вращения Земли вокруг своей оси оно убегает вперед по сравнению с временем, привязанным к этому вращению, и для приведения их в соответствие требуется иногда добавлять лишнюю секунду к координированному времени. В этом заключается некоторое неудобство, тем более, что моменты, когда эту секунду добавляют, не определены заранее. Но мы вполне в состоянии пережить это на Земле, и могли бы пережить на Луне.
Но есть другая проблема; на Земле она в известной степени решена, а на Луне надо решать ее заново. Как сообщает нам теория относительности (и в чем мы неизменно убеждаемся в экспериментах), ход времени меняется при изменении гравитации и скорости. А гравитация Земли ослабевает по мере удаления от нашей планеты. Если бы Земля была однородным шаром, то это ослабление определялось бы только расстоянием от ее центра. Но Земля — не точно шар, да и масса в ней распределена не строго одинаково вдоль разных направлений от центра. Плюс к тому влияние на ход времени оказывает вращение Земли. В качестве неплохого приближения к реальной форме Земли определена фигура геоида, и для нас сейчас важно, что на всей поверхности геоида время течет в одном и том же темпе: различные факторы замедления времени складываются там в один и тот же эффект. Различные лаборатории, занимающиеся точным временем (например, ВНИИФТРИ в России, Physikalisch-Technische Bundesanstalt в Германии и USNO в США), давно уже определили отклонение своего фактического расположения от поверхности геоида и учитывают это в расчетах, в том числе при координации точного времени между собой. Эта координация, выполняемая с учетом всех необходимых поправок, в конечном итоге и определяет координированное время.
На Луне нет столь же точно определенной поверхности «селеноида» (хотя усилия в этом направлении, несомненно, предпринимаются). Заметное усложнение состоит в том, что масса Луны распределена со значительными неоднородностями, там присутствуют так называемые масконы — области повышенной концентрации массы, из-за которых гравитация нашего естественного спутника оказывается несколько «неровной». Такая неровная гравитация очень заметно проявляет себя в быстром разрушении низких окололунных орбит, и более тонко, но не менее неотвратимо — в изменении темпа времени, если речь идет о прецизионных (отличающихся высокой точностью) измерениях.
И это не все, а в некотором смысле даже не самое главное, потому что нам важна не Луна сама по себе, а Луна во взаимоотношении с Землей.
Помимо локальных различий между разными точками на лунной поверхности имеется намного более значительная «глобальная» разница между ходом времени на Земле и Луне из-за заметных различий в гравитаци.
Забудем про все масконы, мысленно заменив и Луну, и Землю однородным шаром соответствующего радиуса, и посмотрим, насколько гравитация (одна только гравитация) замедляет ход времени на поверхности по сравнению с ходом времени в воображаемой удаленной точке, где гравитация практически отсутствует. Вот что получается из формул (общей) теории относительности: на поверхности нашей «упрощенной Земли» часы за сутки будут отставать на 60 микросекунд, а на поверхности «упрощенной Луны» — без малого на 3 микросекунды от «далеких» часов. Разницу около 57 микросекунд в сутки между Землей и Луной (примерно две сотые доли секунды за год) надо тем или иным способом учитывать. Если где-то на Луне стоят атомные часы, то их показания надо достаточно серьезно и, главное, постоянно корректировать, чтобы они совпадали с временем, которое сообщают с Земли (мы по-прежнему говорим о точных измерениях времени — намного более точных, чем требуется, скажем, для запуска и остановки ракетного двигателя). И кроме того, свой (хотя и существенно меньший) вклад в различие внесет движение Луны вокруг Земли.
Но и это еще не все!
Теория относительности (в своей упрощенной части, называемой специальной теорией относительности) говорит нам, что нельзя ввести единое понятие одновременности событий в разных точках в пространстве.
Представления об одновременности различны для различных наблюдателей в зависимости от их движения. И каждый наблюдатель должен проделать некоторую подготовительную работу для того, чтобы определять одновременность событий со своей точки зрения. Мы, понятно, будем рассуждать с точки зрения наблюдателя где-то на геоиде (другие нас меньше волнуют). Послав сигнал на Луну так, чтобы он мгновенно был передан обратно, наблюдатель на Земле получит отраженный сигнал примерно через 2,5 секунды. Приемник на Луне, следовательно, должен учесть, что принимает сигнал через 1,25 секунды после того, как он был испущен — но в действительности этот «сдвиг» во времени требует отдельного и точного определения в каждой точке лунной орбиты, потому что расстояние между Землей и Луной изменяется в интервале, близком к 10% среднего расстояния. Получается, что приемник на Луне должен добавлять поправку к получаемому сигналу точного времени, которая сама различна в различные моменты времени.
Синхронизация точного времени на Земле и на Луне требует и теоретического знания, и точных наблюдений (астрономических, гравиметрических, орбитальных), и, как всякие прецизионные измерения, высоких технологий. Может быть, и правда стоит озаботиться этим вопросом, ведь его разработка продвинет вперед и знание о Луне, и технологии.
Космический корабль Orion успешно приводнился в Тихом океане
Инженеры создали кирпичи из реголита
Разведывательный аппарат нашел на Луне ямы с комфортной для жизни температурой
Собака-робот может отправиться на Луну
Крошечный лунный сад: в почве с Луны впервые вырастили растения
