في هذه الأيام، التوقيت هو كل شيء. تعتمد شبكات اتصالاتنا ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لدينا جميعًا على المراقبة الدقيقة للتوقيت الدقيق للإشارات، بما في ذلك دراسة تأثيرات النسبية. كلما تعمقنا في بئر الجاذبية، مر الوقت بشكل أبطأ، وقد وصلنا إلى النقطة التي يمكننا فيها اكتشاف الاختلافات في الارتفاع ملليمتر واحديمر الوقت بشكل أسرع على الارتفاع الذي توجد فيه أقمار GPS الصناعية مقارنة بالساعات الموجودة على سطح الأرض. ومما يزيد الأمور تعقيدا أن هذه الأقمار الصناعية تتحرك بسرعات عالية، مما يؤدي إلى إبطاء الوتيرة.
من السهل نسبيًا تفسير هذه الظاهرة على الأرض، حيث نتعامل مع مجموعة واحدة من التعديلات التي يمكن برمجتها في الأجهزة الإلكترونية التي تحتاج إلى تتبع هذه الأشياء. لكن توجد خطط لإرسال مجموعة واسعة من المواد إلى القمر، الذي يتمتع بمجال جاذبية أضعف بكثير (ساعات أسرع!)، مما يعني أن الأجسام يمكن أن تبقى في المدار على الرغم من تحركها بشكل أبطأ (وساعات أسرع أيضًا!).
سيكون من السهل إنشاء نظام مكافئ لتتبع الطقس على القمر، لكن هذا سيؤدي حتمًا إلى عدم التطابق بين الساعات وتلك الموجودة على الأرض، مما قد يمثل مشكلة خطيرة لأشياء مثل الملاحظات العلمية. وهذا هو السبب في أن الاتحاد الفلكي الدولي لديه قرار وهذا يتطلب “نظام مرجعي سماوي قمري” و”توقيت إحداثي قمري” لإدارة الأمور هناك. في يوم الاثنين، قام باحثان من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، نيل أشبي وبيجوناث باتلا، بتحليل الأرقام لإظهار كيف يمكن أن تعمل.
احتفظ بالوقت
نحن نستعد لاستكشاف القمر. وإذا سارت الأمور وفقًا للخطة، فسوف ترسل الصين والتحالف الذي تقوده الولايات المتحدة عدة بعثات غير مأهولة، مما قد يؤدي إلى وجود بشري دائم. سيكون لدينا مجموعة متزايدة من الأجهزة، وفي نهاية المطاف، المرافق على سطح القمر. كان تتبع عدد قليل من العناصر في وقت واحد كافيًا لمهمات أبولو، لكن المهمات المستقبلية قد تحتاج إلى الهبوط في مواقع محددة وربما التنقل بينها. وهذا هو السبب في أن ما يعادل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) القمري له قيمة كبيرة، كما يشير المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST). بيانه الصحفي اعلان العمل.
كل هذا يمكن إدارته من خلال نظام مستقل لتحديد المواقع القمرية، إذا قبلنا أنه يتطور وفقا لإيقاعه الزمني الخاص. لكن هذا سيصبح مشكلة إذا أردنا في النهاية القيام بأشياء مثل إجراء ملاحظات فلكية من القمر، لأن التوقيت الدقيق للأحداث سيكون ضروريًا. إن السماح بنظامين منفصلين يعني أيضًا تغيير جميع أنظمة التوقيت على متن الطائرة عند السفر بين الاثنين.
تم تطوير النظرية حول كيفية إنشاء نظام فريد. لكن وضع هذا النهج موضع التنفيذ هو تمرين متروك للباحثين في المستقبل. ولكن، على ما يبدو، المستقبل هو الآن.
عمل أشبي وباتلا على تطوير نظام لحساب أي شيء بالرجوع إلى مركز كتلة نظام الأرض/القمر. أو، على حد تعبيرهم في الورقة، فإن نظامهم الرياضي “يسمح لنا بمقارنة ترددات الساعة على القمر ونقاط لاغرانج القمرية بالساعات الموجودة على الأرض باستخدام مقياس مناسب لإطار مرجعي سقوط حر محلي مثل مركز كتلة الأرض”. نظام الأرض والقمر في مجال جاذبية الشمس.
كيف يبدو هذا؟ حسنا، الكثير من المعادلات المشتقة. يحتوي نص الوثيقة على 55، وهناك 67 أخرى في المرفقات. لذلك ينتهي الأمر بالكثير من المستندات بهذا الشكل.
أشبي وباتلا، 2024
تتعقد الأمور لأن هناك العديد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار. هناك تأثيرات المد والجزر للشمس والكواكب الأخرى. كل شيء على سطح الأرض أو القمر يتحرك بسبب الدوران؛ الأجسام الأخرى تتحرك في المدار. يعتمد تأثير الجاذبية على الوقت على مكان تواجد الجسم. لذلك هناك الكثير من الأشياء التي يجب الانتباه إليها.
برهان المستقبل
لا يحتاج أشبي وباتلا إلى أخذ جميع العوامل بعين الاعتبار في جميع الظروف. بعض هذه العوامل صغيرة جدًا لدرجة أنه لا يمكن اكتشافها إلا بساعة عالية الدقة. يميل الآخرون إلى إلغاء بعضهم البعض. ومع ذلك، وبفضل نظامهم، فإنهم قادرون على حساب أن الجسم القريب من سطح القمر سيكتسب 56 ميكروثانية إضافية كل يوم، وهي مشكلة في المواقف التي يمكننا فيها الاعتماد على قياس الوقت بدقة تصل إلى النانو ثانية. .
ويقول الباحثون إن نهجهم، على الرغم من تركيزه على نظام الأرض/القمر، إلا أنه قابل للتعميم. وهذا يعني أنه من الممكن تعديله وإنشاء إطار مرجعي يعمل على الأرض وفي أي مكان آخر في النظام الشمسي. وهذا، بالنظر إلى السرعة التي نرسل بها الأجسام إلى ما وراء المدار الأرضي المنخفض، ربما يكون ضمانًا جيدًا للمستقبل.
مجلة علم الفلك، 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (حول معرفات الهوية الرقمية).
