Вчені з’ясували, наскільки швидше на Місяці йде час

На початку квітня 2024 року Білий дім попросив NASA розробити план щодо впровадження єдиного стандарту обчислення часу на Місяці. Він має стати еталоном для міжнародних місячних космічних місій, для яких важлива гранична точність при виконанні складних завдань у процесі освоєння супутника. Щоб втілити план у життя, вченим потрібно знати точну різницю у часі на Землі та Місяці, адже на Селені воно тече швидше. Цю різницю розрахували американські астрофізики.

Усі зонди та інші космічні апарати для вивчення Місяця вчені відправляли та відправляють у космос відповідно до часу країни, яка керує місією. Тому розраховується так звана циклограма місії, в основі якої — програма станції, розбита на тимчасові відрізки. Найчастіше керування цими машинами походить з однієї конкретної точки на Землі, тому проблем із необхідністю запровадження тимчасового стандарту на Місяці у країн-учасниць таких проектів не виникало. 

Останнім часом дослідники говорять про створення великих та складних міжнародних місячних програм, у тому числі щодо відправлення людини на поверхню нашого супутника («Артеміда III», намічена на 2026 рік). У такому разі керувати цими місіями буде досить непросто, орієнтуючись лише на земний час, який прив’язаний до одного конкретного часового поясу. Через різницю в часі може виникнути ціла низка технічних помилок як на шляху до Місяця, так і при посадці апарату (вплине на навігацію). 

У зв’язку з цим Білий дім доручив NASA до кінця 2026 розробити єдиний стандарт обчислення часу на Місяці — Координований місячний час (Coordinated Lunar Time, LTC). Це буде не система часових поясів, як на нашій планеті, а власна система відліку часу для супутника Землі. Американська влада впевнена, що без цієї системи спільні місії на Місяць з іншими країнами проходитимуть набагато складніше. 

Годинник на Місяці йде швидше, ніж на Землі. Це відбувається через гравітацію: там вона приблизно в шість разів слабша, ніж на нашій планеті. Відомо, що чим сильніша гравітація в тій чи іншій точці, тим повільніше щодо зовнішнього спостерігача тече час. Щоб взяти LTC на озброєння, необхідно визначити точну різницю між Землею і Місяцем. 

Американські астрофізики з Лабораторії реактивного руху NASA під керівництвом В’ячеслава Туришева провели розрахунки та надали значення цієї різниці. Результати дослідження команда опублікувала на сайті електронного архіву препринтів arXiv.

Щоб розрахувати точне значення різниці в часі, астрофізики вивчили рух Місяця та Землі навколо центру мас всієї Сонячної системи, або її барицентру, що переміщується залежно від положення планет щодо Сонця. Далі вчені скористалися математичними формулами та обчислили, що час на поверхні Місяця йде на 57,5 ​​мікросекунди у земну добу (0,0000575 секунди) швидше, ніж на поверхні Землі. Це означає, що різниця в одну секунду накопичується за майже 50 років.

«Наш метод можна застосовувати для синхронізації зв’язку та роботи будь-яких місячних апаратів. Теоретично питання місячного часу вирішено», – пояснив Туришев. 

Вчені неодноразово намагалися підрахувати різницю в часі між Місяцем і Землею і часто отримували різні значення — 58,7 мікросекунди або 56 мікросекунд. Такі підрахунки вели з урахуванням методу вивчення орбіт цих двох тіл, який іноді викликає суперечки, а чи не з урахуванням руху Місяця і Землі навколо барицентру Сонячної системи.

На перший погляд здається, що різниця в мікросекунди — дрібниці, але це припущення в корені невірно. Подібні тимчасові розбіжності можуть викликати помилки в передачі даних між космічними зондами, а також порушити синхронізацію зв’язку між Землею, базами, астронавтами, місячними супутниками. Крім того, це може призвести до помилок (у тому числі програмних) при роботі з картографією і геолокацією як на самому супутнику, так і на місячній орбіті.

У серпні 2024 року має відбутися зустріч деяких профільних організацій з різних країн, включаючи Міжнародне бюро заходів та ваг, Міжнародний астрономічний союз. Ймовірно, вчені намагатимуться домовитися про план вирішення проблеми єдиного стандарту обчислення часу на Місяці. 

Перш ніж LTC почне працювати, дослідники повинні визначитися, що на Місяці рахувати за «нульовий день». Тобто з якого моменту слід вводити новий час обчислення і як далеко воно поширюється по місячній території.  Одне з рішень проблеми єдиного стандарту обчислення часу на Місяці — атомний годинник, розміщений на поверхні супутника, який відстежував би ефект уповільнення часу порівняно з Землею, починаючи з місячного «нульового дня».