月亮之上的時(shí)間

徐銳

人類在探測月球的過程中面臨許多挑戰(zhàn)，其中之一就是月球時(shí)間怎么定。

由于月球沒有獨(dú)立的時(shí)間體系，目前世界各國開展的月球探測任務(wù)時(shí)間刻度各不相同，但都采用了協(xié)調(diào)世界時(shí)。

協(xié)調(diào)世界時(shí)又稱世界統(tǒng)一時(shí)間，是地球時(shí)鐘設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。但這種方法相對不精確，且月球探測器間的時(shí)間并不同步。該計(jì)時(shí)方法只在獨(dú)立月球任務(wù)中有效，如果有多個(gè)航天器協(xié)同工作，如何統(tǒng)一時(shí)間刻度就成了問題。如果將來人類成為月球“居民”，就像在地球上一樣，使用一個(gè)通用的月球時(shí)間十分必要。

然而，定義月球時(shí)間并不簡單。秒的定義在任何地方都是一樣的，但在狹義相對論中，引力場越強(qiáng)，時(shí)鐘走得越慢。月球的引力比地球小，那么對地球上的觀測者來說，月球時(shí)鐘的運(yùn)行速度要比地球時(shí)鐘快。研究人員估計(jì)，月球時(shí)鐘每24小時(shí)會增加約56微秒。受月球自轉(zhuǎn)影響，時(shí)鐘在月球不同位置會發(fā)生微妙的變化。

目前，制定月球時(shí)間有兩種方法。

第一種是至少設(shè)置3個(gè)以月球自然速度運(yùn)行的主時(shí)鐘，通過算法組合生成更精確的月球虛擬時(shí)鐘。接著，計(jì)量學(xué)家需要作出選擇，比如是否要將虛擬月球時(shí)鐘與協(xié)調(diào)世界時(shí)關(guān)聯(lián)起來，使月球時(shí)間與協(xié)調(diào)世界時(shí)定期同步。這將有利于月球用戶與地球用戶交互。

第二種方法是建立獨(dú)立的月球連續(xù)時(shí)間，并跟蹤分析其與協(xié)調(diào)世界時(shí)的關(guān)系。這樣，即使失去了與地球的聯(lián)系，月球上的時(shí)鐘仍然會保持一致并繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以建立安全的導(dǎo)航和通信通道。此外，建立一個(gè)獨(dú)立的時(shí)間模型也將有助于太空機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)更遠(yuǎn)的行星，如火星，因?yàn)樵谀抢锿ㄟ^協(xié)調(diào)世界時(shí)進(jìn)行傳輸遠(yuǎn)比月球復(fù)雜得多。

選自《中國科學(xué)報(bào)》