Los investigadores han descubierto cómo sincronizar los relojes de la Tierra y la Luna.

Hoy en día, el tiempo lo es todo. Todas nuestras redes de comunicaciones y GPS dependen de un monitoreo cuidadoso de la sincronización precisa de las señales, incluida la consideración de los efectos de la relatividad. Cuanto más nos adentramos en un pozo de gravedad, más lento pasa el tiempo y hemos llegado al punto en el que podemos detectar diferencias de altitud. solo un milímetroEl tiempo literalmente pasa más rápido a la altitud donde se encuentran los satélites GPS que a los relojes en la superficie de la Tierra. Para complicar aún más las cosas, estos satélites se mueven a altas velocidades, lo que ralentiza el ritmo.

Es relativamente fácil explicar este fenómeno en la Tierra, donde estamos tratando con un único conjunto de ajustes que pueden programarse en dispositivos electrónicos que necesitan rastrear estas cosas. Pero hay planes para enviar una amplia gama de material a la Luna, que tiene un campo gravitacional considerablemente más débil (¡relojes más rápidos!), lo que significa que los objetos pueden permanecer en órbita a pesar de moverse más lento (¡y también con relojes más rápidos!).

Sería fácil establecer un sistema equivalente para seguir el tiempo en la Luna, pero esto inevitablemente causaría un desajuste entre los relojes y los de la Tierra, lo que sería un problema grave para cosas como las observaciones científicas. Por eso la Unión Astronómica Internacional tiene una resolución Esto requiere un “sistema de referencia celeste lunar” y un “tiempo de coordenadas lunares” para gestionar las cosas allí. El lunes, dos investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, Neil Ashby y Bijunath Patla, hicieron cálculos para mostrar cómo podría funcionar.

mantener el tiempo

Nos estamos preparando para explorar la Luna. Si todo va según lo planeado, China y un consorcio liderado por Estados Unidos enviarán varias misiones no tripuladas, lo que podría conducir a una presencia humana permanente. Tendremos una gama cada vez mayor de hardware y, eventualmente, instalaciones en la superficie lunar. El seguimiento de un puñado de elementos a la vez fue suficiente para las misiones Apolo, pero es posible que las misiones futuras deban aterrizar en ubicaciones específicas y posiblemente moverse entre ellas. Es por eso que el equivalente a un GPS lunar es valioso, como señala el NIST en su comunicado de prensa anunciando la obra.

Todo esto podría ser gestionado por un sistema de posicionamiento lunar independiente, si aceptamos que evoluciona según su propio ritmo temporal. Pero esto se convertirá en un problema si en última instancia queremos hacer cosas como realizar observaciones astronómicas desde la Luna, porque la sincronización precisa de los eventos será esencial. Permitir dos sistemas separados también significaría cambiar todos los sistemas de cronometraje a bordo de la nave cuando se viaja entre los dos.

Se ha desarrollado la teoría sobre cómo crear un sistema único. Pero poner este enfoque en práctica es un ejercicio que se deja a los futuros investigadores. Pero, aparentemente, el futuro es ahora.

Ashby y Patla trabajaron para desarrollar un sistema para calcular cualquier cosa con referencia al centro de masa del sistema Tierra/Luna. O, como lo expresan en el artículo, su sistema matemático «nos permite comparar frecuencias de reloj en la Luna y puntos cislunares de Lagrange con relojes en la Tierra usando una métrica apropiada para un sistema de referencia de caída libre local como el centro de masa de el sistema Tierra-Luna en el campo gravitacional del Sol.

¿Cómo se ve esto? Bueno, muchas ecuaciones derivadas. El cuerpo del documento contiene 55 y hay 67 más en los anexos. Entonces gran parte del documento termina luciendo así.

Las cosas se complican porque hay muchos factores a considerar. Están los efectos de marea del Sol y otros planetas. Todo lo que hay en la superficie de la Tierra o de la Luna se mueve debido a la rotación; otros objetos se mueven en órbita. La influencia gravitacional sobre el tiempo depende de dónde se encuentra un objeto. Así que hay muchas cosas a las que prestar atención.

Prueba de futuro

Ashby y Patla no necesitan tener en cuenta todos los factores en todas las circunstancias. Algunos de estos factores son tan pequeños que sólo pueden detectarse con un reloj de muy alta precisión. Otros tienden a anularse entre sí. Sin embargo, gracias a su sistema, son capaces de calcular que un objeto cercano a la superficie de la Luna ganará 56 microsegundos más cada día, lo que supone un problema en situaciones en las que podemos confiar en medir el tiempo con una precisión del orden de nanosegundos. .

Los investigadores afirman que su enfoque, aunque se centra en el sistema Tierra/Luna, es sin embargo generalizable. Esto significa que debería ser posible modificarlo y crear un marco de referencia que funcione tanto en la Tierra como en cualquier otro lugar del sistema solar. Lo cual, dada la velocidad a la que hemos estado enviando objetos más allá de la órbita terrestre baja, probablemente sea una buena garantía para el futuro.

Revista de Astronomía, 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (Acerca de los DOI).