|
Пришло время предоставить Луне свое время
|
|
|
|
Отслеживание времени - одна из тех вещей, которая кажется простой, пока вы действительно не начнете вникать в детали того, что такое время на самом деле. Мы определяем секунду как 9 192 631 770 колебаний атома цезия. Однако, согласно общей теории относительности Эйнштейна, масса замедляет эти колебания, из-за чего кажется, что время течет медленнее для объектов, находящихся в больших гравитационных колодцах. Это различие становится критичным, когда мы начинаем задумываться о том, как отслеживать время между двумя отдельными гравитационными ямами различной силы тяжести, например, на Земле и Луне.
|
|
|
|
В новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, Паскаль Дефрейн из Королевской обсерватории Бельгии и ее соавторами, обсуждаются некоторые потенциальные подходы к решению этой проблемы и предлагается использовать новое лунное координатное время (TCL), предложенное Международным астрономическим союзом (IAU).
|
|
|
|
Так почему же эту проблему мы должны решить сейчас? Поскольку человечество готовится вернуться на Луну, надеюсь, на этот раз более надолго, нам нужен какой-то стандартизированный способ навигации. В поддержку своих различных лунных миссий с экипажами Америка, Китай и ЕС работают над программами, которые могут предоставить исследователям услуги определения местоположения, навигации и определения времени (PNT) и, что немаловажно, сетевую инфраструктуру на Луне.
|
|
|
|
|
|
|
Каждая из этих служб надеется обеспечить точность определения местоположения сетевого узла на Луне на уровне метра, но для этого потребуется точность их синхронизированных часов на наносекундном уровне. Аналогичным образом, наземные спутники, такие как GPS, должны учитывать релятивистские изменения во времени между геосинхронными спутниками, находящимися в пределах гравитационного поля планеты, и пользователями, находящимися на поверхности. Чтобы облегчить этот процесс на Луне, в 2024 году Международный астрономический союз (МАС) разработал Лунную небесную систему отсчета (LCRS) и связанную с ней систему координат времени — TCL.
|
|
|
|
Но разработка стандарта занимает у инженеров совсем немного времени — они должны фактически внедрить его, а это может быть непросто, когда речь заходит о стандартах соблюдения сроков. На поверхности Луны часы будут отклоняться примерно на 56 мкс в сутки от базовых часов на орбите, например, тех, которые используются для глобального позиционирования. Этого уже более чем достаточно, чтобы достичь метрового разрешения с точностью до нескольких наносекунд. Однако Земля страдает от той же проблемы, так как же нам ее исправить?
|
|
|
|
Одним из вариантов является создание системы "масштабированного времени". Одна из таких систем на Земле называется "земное время" (TT). Она "масштабирует" земное координатное время, определяемое с помощью координат отслеживания, с коэффициентом, компенсирующим известный дрейф часов на уровне моря.
|
|
|
|
К сожалению, на Луне такое решение было бы затруднено, поскольку на этом маленьком теле, на котором нет морей, нет общепринятого "уровня моря". И небольшие колебания высот от вершин кратеров до краев могут в долгосрочной перспективе повлиять на то, насколько сильно смещаются часы.
|
|
|
|
В качестве альтернативы, хронометристы могли бы сделать шаг назад и внедрить что-то эквивалентное барицентрическому динамическому времени. На Земле вместо масштабирования до уровня моря это масштабируется до структуры, описывающей координатное время всей Солнечной системы. Элегантность этого решения заключается в том, что оно устраняет любое долгосрочное отклонение от уже масштабированной временной шкалы, например, TT, до стандартизированной точки на планете. Поскольку она будет стандартизирована, будет проще компенсировать известное стандартное отклонение между спутниковыми и наземными часами.
|
|
|
|
Третий вариант - просто использовать TCL напрямую и добавить дополнительный "управляющий" компонент, который периодически сбрасывает отдельные часы во фреймворке обратно к значению, установленному "главными" часами. Хотя это и допускало бы некоторый дрейф, но никогда не позволяло бы каким-либо часам на поверхности полностью выйти из строя, что привело бы к ошибкам навигации или связи. У него также есть дополнительное преимущество в том, что он не зависит от высоты над уровнем моря, о которой идет речь, поскольку время, затрачиваемое на каждый из них, может время от времени меняться.
|
|
|
|
По мнению авторов, этот последний вариант является лучшим. Они утверждают, что добавление "масштабирования" к системе учета времени просто создает дополнительную сложность, не приносящую особой практической пользы пользователям на Луне. Они также отмечают, что "управление", хотя и представляет собой небольшое неудобство, является обычной практикой среди часов на Земле, поэтому технология и понимание того, как это делается, находятся на высоком уровне.
|
|
|
|
Таким образом, похоже, что простое решение IAU является лучшим с точки зрения реализации. Но это все равно означает, что его необходимо будет интегрировать в различные системы спутниковой связи и наземных станций, прежде чем оно начнет применяться на практике. Будем надеяться, что различные агентства, которые хотят внедрить спутниковые группировки, смогут договориться о принятии этой концепции — в противном случае, когда мы начнем осваивать лунную поверхность, может возникнуть полная неразбериха во времени.
|
|
|
|
Источник
|
