Para peneliti telah menemukan cara untuk menjaga jam di Bumi dan Bulan tetap sinkron

Waktu adalah segalanya saat ini. Jaringan komunikasi dan sistem penentuan posisi global bergantung pada pelacakan waktu sinyal yang tepat – termasuk memperhitungkan dampak relativitas. Semakin dalam Anda menyelami sumur gravitasi, semakin lambat waktu berlalu, dan kita telah mencapai titik di mana kita dapat mendeteksi perbedaan ketinggian planet-planet. Satu milimeterWaktu mengalir lebih cepat pada ketinggian di mana satelit GPS berada dibandingkan dengan jam di permukaan bumi. Yang membuat segalanya menjadi lebih rumit adalah satelit-satelit ini bergerak dengan kecepatan tinggi, sebuah efek yang memperlambat segalanya.

Hal ini relatif mudah untuk dijelaskan di Bumi, karena kita berhadapan dengan serangkaian modifikasi yang dapat diprogram ke dalam perangkat elektronik yang perlu melacak hal-hal ini. Namun ada rencana untuk mengirim sejumlah instrumen ke Bulan, yang memiliki medan gravitasi jauh lebih rendah (jam lebih cepat!), yang berarti objek dapat tetap berada di orbit meskipun bergerak lambat (jam juga lebih cepat!).

Akan mudah untuk membuat sistem serupa untuk melacak waktu di Bulan, namun hal ini pasti akan menyebabkan jam menjadi tidak sinkron dengan jam di Bumi – sebuah masalah serius untuk hal-hal seperti observasi ilmiah. Oleh karena itu, Persatuan Astronomi Internasional Dia punya keputusan Hal ini memerlukan “sistem referensi langit bulan” dan “waktu koordinat bulan” untuk menangani berbagai hal di sana. Pada hari Senin, dua peneliti di Institut Standar dan Teknologi Nasional, Neil Ashby dan Bijunath Patla, melakukan perhitungan untuk menunjukkan cara kerjanya.

Jaga waktu

Kami sedang bersiap untuk menjelajahi bulan. Jika semuanya berjalan baik, Tiongkok dan koalisi pimpinan AS akan mengirimkan beberapa misi tak berawak, yang dapat menghasilkan kehadiran manusia secara permanen. Kita akan memiliki semakin banyak perangkat dan fasilitas di Bulan. Melacak beberapa item sekaligus sudah cukup untuk misi Apollo, tetapi misi masa depan mungkin perlu mendarat di lokasi yang tepat, dan mungkin berpindah di antara item tersebut. Hal ini membuat GPS yang setara dengan bulan menjadi berharga, demikian catatan National Institute of Standards and Technology dalam laporannya pada tahun 2011. Siaran persnya Iklan pekerjaan.

Ada kemungkinan bahwa semua ini dapat ditangani oleh sistem penentuan posisi bulan yang independen, jika kita bersedia menerima bahwa ia bergerak sesuai dengan ritme waktunya sendiri. Namun hal ini akan menjadi masalah jika kita akhirnya melakukan hal-hal seperti melakukan astronomi dari Bulan, karena penentuan waktu yang tepat akan menjadi hal yang sangat penting. Mengizinkan dua sistem terpisah juga berarti mengalihkan semua sistem penunjuk waktu pada kendaraan saat mereka melakukan perjalanan di antara keduanya.

Teori yang telah dicapai mengatur bagaimana pendekatan terhadap penciptaan suatu sistem tunggal. Namun penerapan praktis dari hal ini dibiarkan sebagai latihan bagi peneliti selanjutnya. Tapi yang jelas masa depan adalah sekarang.

Ashby dan Patla mengembangkan sistem yang dengannya segala sesuatu dapat dihitung dengan mengacu pada pusat massa sistem Bumi/Bulan. Atau seperti yang mereka tuliskan di makalah, sistem matematika mereka “memungkinkan kita membandingkan kecepatan jam di Bulan dan titik Lagrange di bulan dalam kaitannya dengan jam di Bumi menggunakan ukuran yang sesuai untuk kerangka jatuh bebas lokal seperti pusat massa sistem Bumi-Bulan dalam medan gravitasi Matahari.”

Seperti apa bentuknya? Ya, ada banyak persamaan turunan. Teks makalah berisi 55 persamaan, dan masih ada 67 persamaan lagi pada lampiran. Jadi, banyak kertas yang terlihat seperti ini.

Segalanya menjadi rumit karena ada banyak faktor yang perlu dipertimbangkan. Ada efek pasang surut dari matahari dan planet lain. Segala sesuatu di permukaan bumi atau bulan bergerak karena rotasi; Benda-benda lain bergerak saat berada di orbit. Pengaruh gravitasi terhadap waktu bergantung pada letak benda tersebut. Jadi, ada banyak hal yang harus diperhatikan.

Masa depan yang aman

Ashby dan Batla tidak harus memperhitungkan semuanya dalam segala keadaan. Beberapa faktor ini sangat kecil sehingga hanya dapat dideteksi dengan jam tangan berpresisi sangat tinggi. Faktor-faktor lain cenderung saling meniadakan. Namun, dengan menggunakan sistem mereka, kami dapat menghitung bahwa sebuah objek di dekat permukaan Bulan akan menangkap tambahan 56 mikrodetik setiap hari, yang merupakan masalah dalam situasi di mana kita mungkin mengandalkan pengukuran waktu dengan presisi nanodetik.

Para peneliti mengatakan bahwa pendekatan mereka, meskipun berfokus pada sistem Bumi-Bulan, masih dapat digeneralisasikan. Artinya, dapat dimodifikasi dan dibuat kerangka acuan yang dapat berfungsi di Bumi dan di mana pun di tata surya. Hal ini, mengingat kecepatan kita mengirim benda-benda ke luar orbit rendah Bumi, mungkin merupakan persiapan yang baik untuk masa depan.

Jurnal Astronomi, 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (Tentang DOI).