زمان روی ماه سریع‌تر می‌گذرد، مطالعه جدیدی درباره نسبیت اینشتین نشان می‌دهد

چه ساعتی روی ماه است؟

در فروردین ۱۴۰۳، کاخ سفید از دانشمندان خواست که یک استاندارد زمانی برای ماه ایجاد کنند. این درخواست با هدف افزایش حضور بین‌المللی در ماه و ایجاد پایگاه‌های انسانی به عنوان بخشی از برنامه آرتمیس ناسا مطرح شد. اما سؤال واقعی که ذهن دانشمندان را درگیر کرده این نیست که “ساعت چند است؟”، بلکه این است که “زمان چقدر سریع می‌گذرد؟”

آنچه یک ساعت نشان می‌دهد توسط هر زمان‌سنجی قابل تنظیم است، اما فیزیک تعیین می‌کند که زمان چقدر سریع می‌گذرد. در اوایل قرن بیستم، آلبرت اینشتین نشان داد که دو ناظر که با سرعت‌ها یا جهت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند، درباره مدت‌زمان یک ساعت توافق نخواهند داشت. این اختلاف حتی میان فردی روی سطح زمین و دیگری در مدار یا روی ماه نیز وجود دارد.

“اگر روی ماه باشیم، ساعت‌ها به طور متفاوتی [از زمین] کار خواهند کرد.” این جمله را بیجوناث پاتلا، فیزیکدان نظری از مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در بولدر، کلرادو، بیان کرده است. او توضیح داد که حرکت ماه نسبت به زمین باعث کندتر شدن ساعت‌ها می‌شود، اما جاذبه کمتر ماه باعث سریع‌تر کار کردن آن‌ها می‌شود. او نتیجه گرفت که “این دو اثر با هم رقابت می‌کنند و نتیجه خالص آن، انحراف ۵۶ میکروثانیه در روز است.” (یعنی ۰٫۰۰۰۰۵۶ ثانیه.)

پاتلا و همکارش نیل اشبی، با استفاده از نظریه نسبیت عام اینشتین این عدد را محاسبه کردند که بهبود چشمگیری نسبت به تحلیل‌های قبلی است. آن‌ها نتایج خود را در مجله نجومی منتشر کردند.

اهمیت اختلاف زمانی ۵۶ میکروثانیه

با اینکه اختلاف ۵۶ میکروثانیه از دیدگاه انسانی کوچک است، در هدایت مأموریت‌های متعدد با دقت بالا یا ارتباطات بین زمین و ماه بسیار مهم است.

چریل گراملینگ، مهندس سیستم در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا، گفت: “موضوع اصلی ایمنی ناوبری در یک اکوسیستم قمری است، وقتی فعالیت‌های زیادی روی ماه انجام شود.” او توضیح داد که اختلاف ۵۶ میکروثانیه در روز بین یک ساعت روی ماه و زمین تفاوت بزرگی است که باید آن را مدیریت کرد.

نظریه نسبیت و تنظیم زمان

یکی از نتایج کلیدی نظریه نسبیت این است که مفهوم زمان مطلق وجود ندارد. به‌طور مثال، یک ساعت روی سطح زمین به دلیل اثرات گرانشی کندتر از یک ساعت در مدار تیک می‌زند، که دلیل اصلی نیاز به در نظر گرفتن نسبیت در سیستم‌های GPS است.

محاسبه تفاوت در نگهداری زمان بین زمین و ماه پیچیدگی‌های بیشتری دارد. ماه نسبت به هر نقطه روی زمین در حال حرکت است و همچنین تحت تأثیر گرانش زمین و خود ماه قرار دارد.

اشبی و پاتلا این مشکل را با در نظر گرفتن سیستم زمین-ماه به عنوان حالتی از سقوط آزاد، تحت تأثیر گرانش خورشید، حل کردند. این دیدگاه به آن‌ها اجازه داد که عواملی چون چرخش هر دو جرم، نیروهای کشندی، و انحراف از شکل کروی کامل را در محاسبات خود لحاظ کنند.

گامی به سوی استانداردسازی زمان قمری

این یافته‌ها، همراه با محاسبات مستقل سایر دانشمندان، پایه‌ای برای استانداردسازی زمان قمری فراهم کرده است. هرچند ممکن است سال‌ها یا دهه‌ها طول بکشد تا ماه به اندازه کافی پر از انسان و روبات شود که به این سطح از زمان‌بندی نیاز باشد، اما دانشمندان و مهندسان اهمیت ایجاد یک استاندارد زمانی قمری را بسیار پیش از این زمان درک کرده‌اند.

اکنون، نخستین گام دشوار برای دانستن اینکه “چه ساعتی روی ماه است” برداشته شده است.