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月球授时,科学家是怎样做到的?

2024-07-27科学
随着探月工作的不断推进,地球与月球的联系也将会日益密切,地球上的时间,能够在月球上同步进行吗?是不是月球上要有一套另外的计时系统,如果有这样的计时系统,它会用什么样的方式与地球计时系统相联系?

据新华网消息,美国国家宇航局(NASA)经过计算表明, 月球表面时间比地球表面时间每个地球日快57.5微秒。在人类对月球的探索中,这一差异对探月工程可能至关重要。

科学家对月球授时(引自英国广播公司)

美国国家宇航局根据这一差异,在备忘录中提出,在2026年底之前,制定「协调月球时」系统。备忘录显示:该系统必须具备4个方面的品质:具备与「协调世界时」的逻辑可追溯性;足够的具体性和准确性,能够为极短的瞬间计时;在与地球失去联系的情况下能够「自给自足」;可扩展性,以便其他天体或太空环境也能参照这一时间标准。

这段话说的是什么意思呢?简单的说就是,这个「 协调月球时 」系统可以追溯过往的任一时刻,在过去发生的时间里,月球上发生的事件,可以用这一系统进行简单追溯记载;在任一小的时间里,都能够记录下来;如果与地球失去联系时,还能够进行独立授时,不会受到因为失去联系而受到影响;在太空中,还能够让其他天体或太空环境,利用这一系统作时间参考。

要达到这样的要求,科学家是怎么来设计这套系统呢?

月球图片(引自网络)

地球上的时间是怎样计算的?在理论物理界,爱因斯坦的广义和狭义相对论提供了重要支持。这也为秒的计算变得更加复杂。

广义相对论认为,引力越大,时间流逝也就越慢。地球上分布在各地的时间授时装置,由于受到引力作用的区别,因而对秒的快慢也会有差别,地球授时系统是根据这些所有授时装置对秒的计数,综合而得到一个统一的秒。科学家把这个系统称做「协调世界时」

由于地球自转带来的影响,在一段时间内,又要加入「润秒」以平衡误差,达到与其自转周期协调一致的目的。

按照狭义相对论,人或飞行器移动速度越快,时间也过得越慢。这些因素也会影响到时间的精准计算。在计算时间时,这个复杂度又变得更加复杂了。有幸的是,在航天器中,都有自己的时间系统,一般由地面授时系统对其校准。

如果要在月球上建立授时系统,按照地球得授时系统建立,在短期内要调平月球各地的差异,建立「协调月球时」系统,难度非常大也不现实。

根据狭义相对论和广义相对论,月球受到的引力作用相对地球要小得多,而运动的情况较地球有差异。NASA的科学家经过计算,综合考虑这两种因素,得出月球表面较地球要快57.5微秒,这对宇航飞行,特别是地月间的飞行导航,将受到很大的影响。

形象的说,就如地球上的火车站一样,高速行驶的列车什么时候进站,什么时候出站,都有严格科学的计算。如果在计算上出现失误,那后果是不堪设想的。同样的,以后地球与月球的联系日益密切,发射飞行器,就必须要考虑到授时系统的差异,如此,才能顺利的抵达指定的轨道,完成飞行任务。

科学家们已经发现,原子钟计时对长时间的精度有利,而晶振计时对短期计时有利。未来对月球的计时,可能会考虑两种计时方式的利弊,综合权衡建立月球的授时系统。让所有到达月球或是在月球工作的人,能够有准时的授时系统。当然这个系统涉及的面广泛,相关的国际组织也会对月球时间,给予清晰准确的定义。