研究者たちは地球と月の時計を同期させる方法を発見した

最近はタイミングがすべてです。通信ネットワークと全地球測位システムはすべて、相対性理論の影響を考慮した、信号の正確なタイミングの正確な追跡に依存しています。重力井戸の奥深くに行くほど時間の進みが遅くなり、惑星の高度の違いを検出できるようになりました。 1ミリメートルGPS 衛星が位置する高度では、地表の時計よりも時間の流れが速くなります。問題をさらに複雑にしているのは、これらの衛星が高速で移動し、その影響で物事が遅くなることです。

これは地球上では比較的簡単に説明できます。地球では、これらのものを追跡する必要がある電子デバイスにプログラムできる単一の変更セットを扱っているからです。しかし、月には多くの機器を送り込む計画があり、月には重力場がはるかに低い（時計が速い！）ため、物体はゆっくり動いているにもかかわらず（時計も速い！）軌道上に留まる可能性があります。

月で時間を追跡するための同様のシステムを作成するのは簡単ですが、そうすると必然的に時計が地球の時計と同期しなくなります。これは科学観測などにとって深刻な問題です。したがって、国際天文学連合は、 彼には決断がある これには、そこで物事を処理するための「月の天体参照系」と「月の座標時間」が必要です。月曜日、国立標準技術研究所の2人の研究者、ニール・アシュビー氏とビジュナス・パトラ氏は、これがどのように機能するかを示す計算を実行した。

時間を守る

私たちは月探査の準備を進めています。すべてがうまくいけば、中国と米国主導の連合軍は複数の無人ミッションを派遣し、人類の永続的な存在につながる可能性がある。月面にはますます多くの機器が設置され、最終的には施設が設置されることになります。アポロ計画では一度に数個の物品を追跡するだけで十分でしたが、将来の計画では正確な位置に着陸し、場合によっては位置間を移動する必要があるかもしれません。このため、月面 GPS と同等の価値があると国立標準技術研究所は 2011 年の報告書で述べています。 そのプレスリリース 求人広告。

月が独自の時間のリズムに従って動くことを受け入れるのであれば、これらすべてを独立した月測位システムで処理できる可能性があります。しかし、私たちが月から天文学を行うようなことを行うことになった場合、これは問題になります。そこでは、出来事の正確なタイミングが重要になります。 2 つの別個のシステムを許可するということは、車両が 2 つの間を移動するときに、車両に搭載されているすべての計時システムを切り替えることも意味します。

単一システムの作成にどのようにアプローチするかを決定する理論が完成しました。しかし、これを実際に応用することは、将来の研究者の課題として残されています。しかし、明らかに未来は今です。

アシュビーとパトラは、地球/月系の質量中心を参照してあらゆるものを計算できるシステムを開発しました。あるいは、彼らが論文で述べているように、彼らの数学システムにより、「地球の質量中心などの局所的な自由落下フレームに適した尺度を使用して、月の時計速度と月のラグランジュ点を地球上の時計と比較することができます」 -太陽の重力場の中にある月系。」

これはどのように見えますか?そうですね、微分方程式はたくさんあります。論文の本文には 55 個の方程式が含まれており、付録にはさらに 67 個の方程式があります。ということで、紙の多くはこんな感じです。

考慮すべき要素がたくさんあるため、事態は複雑になります。太陽や他の惑星からの潮汐の影響があります。地球や月の表面にあるものはすべて自転によって動きます。他の物体は軌道上で移動します。時間に対する重力の影響は、物体がどこにあるかによって異なります。したがって、追跡しなければならないことがたくさんあります。

安心な未来

アシュビーとバトラは、あらゆる状況においてすべてを考慮する必要はありません。これらの要因の中には非常に小さいため、非常に高精度の時計でのみ検出できるものもあります。他の要因は互いに打ち消し合う傾向があります。しかし、彼らのシステムを使用すると、月の表面近くの物体が毎日さらに 56 マイクロ秒を捕捉することが計算できました。これは、ナノ秒の精度で時間の測定に依存する可能性がある状況では問題となります。

研究者らは、彼らのアプローチは地球と月のシステムに焦点を当てているものの、依然として一般化可能であると述べている。これは、地球や太陽系の他の場所で機能する参照フレームを変更して作成できることを意味します。私たちが地球の低軌道を越えて物体を送ってきた速度を考えると、これはおそらく将来への健全な準備といえるでしょう。

天文ジャーナル、2024 年。DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (DOIについて)。