Ученые выяснили, насколько быстрее на Луне идет время

Все зонды и другие космические аппараты для изучения Луны ученые отправляли и отправляют в космос согласно времени страны, руководящей миссией. Исходя из этого рассчитывается так называемая циклограмма миссии, в основе которой — программа станции, разбитая на временные отрезки. Зачастую управление этими машинами происходит из одной конкретной точки на Земле, поэтому проблем с необходимостью введения временного стандарта на Луне у стран — участниц таких проектов не возникало. 

В последнее время исследователи говорят о создании больших и сложных международных лунных программ, в том числе по отправке человека на поверхность нашего спутника («Артемида III», намеченная на 2026 год). В таком случае руководить этими миссиями будет достаточно непросто, ориентируясь лишь на земное время, которое привязано к одному конкретному часовому поясу. Из-за разницы во времени может возникнуть целый ряд технических ошибок как на пути к Луне, так и при посадке аппарата (повлияет на навигацию). 

В связи с этим Белый дом поручил NASA к концу 2026 года разработать единый стандарт исчисления времени на Луне — Координированное лунное время (Coordinated Lunar Time, LTC). Это будет не система часовых поясов, как на нашей планете, а собственная система отсчета времени для естественного спутника Земли. Американские власти уверены, что без этой системы совместные миссии на Луну с другими странами будут проходить гораздо сложнее. 

Часы на Луне идут быстрее, чем на Земле. Это происходит из-за гравитации: там она примерно в шесть раз слабее, чем на нашей планете. Известно, что чем сильнее гравитация в той или иной точке, тем медленнее, относительно внешнего наблюдателя, течет время. Чтобы взять LTC на вооружение, необходимо определить точную разницу во времени между Землей и Луной. 

Американские астрофизики из Лаборатории реактивного движения NASA под руководством Вячеслава Турышева провели расчеты и представили значение этой разницы. Результаты исследования команда опубликовала на сайте электронного архива препринтов arXiv.

Чтобы рассчитать точное значение разницы во времени, астрофизики изучили движение Луны и Земли вокруг центра масс всей Солнечной системы, или ее барицентра, который перемещается в зависимости от положения планет относительно Солнца. Дальше ученые воспользовались математическими формулами и вычислили, что время на поверхности Луны идет на 57,5 микросекунды в земные сутки (0,0000575 секунды) быстрее, чем на поверхности Земли. Это означает, что разница в одну секунду накапливается почти за 50 лет.

«Наш метод можно применять для синхронизации связи и работы любых лунных аппаратов. Теоретически вопрос лунного времени решен», — пояснил Турышев. 

Ученые неоднократно пытались подсчитать разницу во времени между Луной и Землей и зачастую получали отличающиеся значения — 58,7 микросекунды или 56 микросекунд. Такие подсчеты вели на основе метода изучения орбит этих двух тел, который иногда вызывает споры, а не на основе движения Луны и Земли вокруг барицентра Солнечной системы.

На первый взгляд кажется, что разница в микросекунды — сущие пустяки, но это предположение в корне неверно. Подобного рода временные расхождения могут вызвать ошибки в передаче данных между космическими зондами, а также нарушить синхронизацию связи между Землей, базами, астронавтами, лунными спутниками. Кроме того, это чревато ошибками (в том числе программными) при работе с картографией‌ и геолокацией‌ как на самом спутнике, так и на лунной орбите.

В августе 2024 года должна состояться встреча некоторых профильных организаций из разных стран, включая Международное бюро мер и весов, Международный астрономический союз. Вероятно, ученые попытаются договориться о плане решения проблемы единого стандарта исчисления времени на Луне. 

Прежде чем LTC начнет работать, исследователи должны определиться, что на Луне считать за «нулевой день». То есть с какого момента следует вводить новое времяисчисление и как далеко оно должно распространяться по лунной территории. 

Одно из решений проблемы единого стандарта исчисления времени на Луне — атомные часы, размещенные на поверхности спутника, которые отслеживали бы эффект замедления времени по сравнению с Землей начиная с лунного «нулевого дня».