Теория относительности объясняет гравитацию, основываясь на способности искривления пространства. В зависимости от силы тяжести объекта изменяются и его временные рамки.
Проверить теорию относительности ученым помог лазерный дальномерный ретрорефлектор. Именно это устройство, установленное на Луне астронавтами космического корабля «Аполлон 11», зафиксировало некоторое отставание земных часов от лунных.
Подготовка к созданию лунной базы
Еще весной 2024 года Белый дом дал распоряжение американским ученым рассчитать точный ход времени на спутнике. Полученные данные планировалось использовать при решении задачи по созданию лунных баз в рамках космической программы НАСА «Артемида». Миссия ученых заключалась в том, чтобы узнать, насколько быстро на Луне течет время.
«Если мы окажемся на Луне, время будет идти по-другому. Из-за меньшей гравитации оно идет быстрее, чем на Земле. В результате получается разница в 56 микросекунд в день»
Физик-теоретик Биджунатх Патла (Bijunath Patla) и его коллега из NIST Нил Эшби (Neil Ashby) провели исследование, результаты которого были опубликованы в «The Astronomical Journal». Изучив ранее полученную информацию и проделав вычисления согласно теории Эйнштейна, ученые смогли получить желаемую цифру.
Несмотря на то, что разница во времени Луны и Земли оказалась невелика, для проведения космических миссий она будет играть существенную роль.
Почему важно знать время на Луне
По мнению Шерил Грэмлинг (Cheryl Gramling), системного инженера Центра космических полетов Годдарда, сейчас на спутнике наблюдается большая активность экосистемы. И чтобы обеспечить полную безопасность космонавтам, нужно рассчитывать часы с точностью до миллисекунд.
Современная навигация основана на синхронизации часов, которая предполагает координацию при помощи радиоволн, распространяющихся со скоростью света. За 1 наносекунду (0,001 микросекунды) он проходит 30 сантиметров.
По человеческим меркам, это очень короткий промежуток, а потому даже микросекунды могут привести к уменьшению точности местоположения на спутнике астронавта или посадочного модуля. Расхождение в расчетах может достигать до 17 километров в день.
Согласно теории относительности, абсолютного времени не существует. Поэтому для координирования всемирного времени используются сети часов на разных высотах.
Как решить проблему разницы времени на Земле и спутнике
Чтобы точно и удобно рассчитывать время в космосе, необходимо придумать подходящую систему отсчета. Коллеги Патла и Эшби смогли решить эту головоломку. Ученые пришли к выводу, что Земля и Луна находятся в состоянии свободного падения. Каждый из этих объектов вращается вокруг собственного центра массы под воздействием гравитации Солнца.
Благодаря проделанным вычислениям были рассчитаны стабильные положения на орбите между двумя материями — точки Лангража. В этих точках гравитационные силы, действующие на малое тело, уравновешиваются центробежной силой и становятся неподвижными.
Также в «Physical Review Journals» было опубликовано еще одно исследование, в котором уже другая группа астрофизиков смогла рассчитать более мелкие колебания частоты вращения Земли. Это поможет увеличить точность измерения навигации на 10 метров и дальше.
«Исследователи оказали нам большую услугу, опубликовав эту работу. Теперь у нас есть, что показать всему международному сообществу экспертов по хронометрии», — отметил Шерил Грэмлинг, системный инженер Центра космических полетов Годдарда (лаборатория НАСА).
Когда точно на Луне смогут жить люди и роботы — неизвестно. Однако уже сейчас ученые смогли сделать новый прорыв в изучении спутника Земли и решить первые фундаментальные задачи для его освоения.
