Mjerenje vremena na Mjesecu kompliciranije je nego što se čini. Desetljećima njegova gravitacijska sila utječe na atomske satove na površini - svakog dana otkucavaju oko 56 mikrosekundi brže nego na Zemlji.

Premda ovo možda ne zvuči kao puno, dovoljno je da poremeti precizno mjerenje vremena potrebno za slijetanje letjelica i komunikaciju sa Zemljom. Istraživači s američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) razvili su plan za precizno mjerenje vremena na Mjesecu, utirući put za navigacijski sustav sličan GPS-u. Istraživanje je objavljeno u časopisu The Astronomical Journal te se usredotočuje na definiranje teorijskog okvira i matematičkih modela potrebnih za stvaranje koordiniranog lunarnog vremenskog sustava.

Ova je inovacija ključna za NASA-in ambiciozni program Artemis jer nastoji uspostaviti trajnu ljudsku prisutnost na Mjesecu. Ona također može biti važna odskočna daska za istraživanje svemira.

Ključ je - precizna navigacija

GPS na Zemlji uvelike se oslanja na precizno mjerenje vremena. Svaki satelit u GPS konstelaciji nosi atomske satove koji su sinkronizirani prema zajedničkoj vremenskoj referenci. Mjerenjem vremena koje je potrebno signalima s više satelita da dođu do prijamnika GPS može odrediti njihov položaj i vrijeme.

Međutim implementacija sličnog sustava na Mjesecu i njegovo točno povezivanje sa Zemljinim sustavom predstavlja jedinstvene izazove zbog učinaka relativnosti.

Einsteinova teorija relativnosti kaže da gravitacija utječe na protok vremena te da vrijeme ne teče jednako za sve. Naprimjer, na Mjesecu, gdje je gravitacija slabija nego na Zemlji, satovi otkucavaju nešto brže. Osim toga, promatrač na Zemlji mjeri vrijeme malo drugačije od promatrača na Mjesecu zbog niza učinaka povezanih s gravitacijom, uključujući njegovu orbitu oko Zemlje i Zemljinu orbitu oko Sunca. Ovi učinci mogu značajno utjecati na preciznu navigaciju i komunikaciju.

Kako bi riješili ovaj problem, istraživači NIST-a stvorili su sustav za uspostavljanje i implementaciju lunarnog vremena koje uzima u obzir njegovo jedinstveno gravitacijsko okruženje. Ovaj sustav uspostavlja novo 'Mjesečevo vrijeme' i ono služi kao referenca za mjerenje vremena na njemu, slično načinu na koji koordinirano univerzalno vrijeme (UTC) funkcionira na Zemlji.

'To je kao da imate cijeli Mjesec sinkroniziran na jednu 'vremensku zonu' prilagođenu njegovoj gravitaciji, umjesto da satovi postupno izađu iz sinkronizacije sa Zemljinim vremenom', rekao je Bijunath Patla, fizičar NIST-a.

Temelji za buduća istraživanja

'Ovaj rad postavlja temelje za usvajanje sustava navigacije i mjerenja vremena sličnog GPS-u, a on bi služio korisnicima blizu Zemlje i onima vezanim uz Zemlju, za istraživanje Mjeseca', rekao je fizičar NIST-a Neil Ashby.

Predloženi sustav bio bi prvi korak u razvoju 'sustava lunarnog pozicioniranja' koji bi uključivao visoko preciznu mrežu satova na određenim lokacijama na površini i u lunarnim orbitama. Ovi precizni atomski satovi u Mjesečevoj orbiti funkcionirali bi kao 'sateliti' njegove GPS mreže, dajući točne vremenske signale za navigaciju.

Precizna navigacija i pozicioniranje na Mjesecu mogli bi tako dovesti do preciznijih slijetanja i učinkovitijeg istraživanja lunarnih resursa. Bez ovog 'lunarnog GPS-a' slijetanje i djelovanje na Mjesecu bili bi poput pokušaja navigacije na Zemlji bez ikakvog sustava za pozicioniranje - imali biste samo grubu predodžbu o svojoj lokaciji, što bi otežalo složene operacije ili bilo kakve letove na veće udaljenosti.

'Cilj je osigurati da svemirske letjelice mogu sletjeti unutar nekoliko metara od planiranog odredišta', rekao je Patla.