Почему на Луне нужно свое время: гравитация, навигация и часы Эйнштейна

Как сообщает Reuters, задача поставлена четко: к концу 2026 года NASA должно представить план единого стандарта времени не только для Луны, но и для других небесных тел.

Пока каждая лунная миссия живет по своему внутреннему хронометру, привязанному к земному UTC. Пока миссий мало — это работает. Но представьте будущее, где у кратера одновременно работают десятки аппаратов из разных стран. Хаос из-за рассинхронизации в доли секунды станет неизбежным. Простая задержка в данных может сорвать стыковку или посадку.

Как именно будут выглядеть лунные часы — вопрос открытый. Из-за более слабой гравитации часы на Луне тикают быстрее, чем на Земле. Лунное время может быть полностью независимым стандартом или синхронизированной с Землей виртуальной шкалой.

Патриция Тавелла, руководитель отдела времени Международного бюро мер и весов, предупреждает: если мы не договоримся об общем стандарте, каждый космический игрок придумает свой. А это путь к неразберихе, которую потом не исправить.

Лунная спутниковая навигация

Главный драйвер — это лунный аналог GPS. Без точной навигации ни о какой постоянной базе, роверах или добыче ресурсов не может быть и речи. Представьте, что ваш навигатор в незнакомом городе каждую минуту показывает разное время — вы просто заблудитесь.

Примерно с 2030 года ESA и NASA планируют развернуть на орбите Луны созвездие навигационных спутников. ESA работает над проектом «Лунный свет» (Moonlight), NASA — над «Лунными системами ретрансляции». До сих пор локация определялась долгим обменом сигналами с Землей. Но будущие десятки миссий просто перегрузят земные антенны. «Ресурсов не хватит на всех», — честно признает инженер NASA Джоэл Паркер.

Первые тесты начнутся уже в 2024 году: сигналы будут ловить от околоземных спутников. А затем на лунную орбиту выведут специализированные аппараты с атомными часами на борту. Приемник на поверхности, поймав сигналы с нескольких спутников, вычислит свое местоположение. Первую группировку из четырех спутников нацелят на южный полюс — именно там, в вечной тени кратеров, найден водяной лед, главный ресурс для будущих колонистов.

«Всё должно быть привязано к одной шкале времени, иначе будет хаос и совместная работа станет невозможной», — подчеркивает Йорг Хан, инженер проекта «Лунный свет». И да, на Луне тоже могут появиться часовые пояса — не для физиков, а для удобства людей. В конце концов, кто захочет жить по времени, где «день» длится две земные недели?

Чем лунное время отличается от земного

Здесь в игру вступает Эйнштейн. Согласно общей теории относительности, в более сильном гравитационном поле время замедляется. Лунная гравитация слабее, поэтому для земного наблюдателя лунные часы убегут вперед примерно на 58,7 микросекунды за земные сутки. За год набегает около 0,021 секунды. Мелочь? Для высокоточных систем — целая вечность.

«Это просто рай для специалистов по теории относительности, — смеется Тавелла, — потому что нужно учесть кучу нюансов: и вращение Луны, и положение часов на поверхности». Чтобы создать эталон, потребуется сеть как минимум из трех главных часов, данные которых сольются в один точный виртуальный хронометр.

Будет ли это время жестко привязано к земному UTC или станет полностью независимым? Первый вариант удобен для связи с Землей. Второй — надежнее: если связь прервется, лунная инфраструктура продолжит работать. Именно независимый стандарт станет прототипом для времени на Марсе и beyond. Но представьте: у каждой планеты — свои собственные «часы», несогласованные ни с Землей, ни друг с другом. Не приведет ли это к новой вавилонской башне уже в космических масштабах?

Судя по тому, что NASA поручили разработать стандарты для «других небесных тел», ставка, скорее всего, сделана на независимость. Но согласовать между собой лунное и марсианское время, которое течет уже с другой скоростью, — задача для будущих поколений метрологов.

Лунные дни и ночи

Лунные сутки — это в среднем 29,5 земных дней. Две недели непрерывного солнечного света, затем две недели кромешной тьмы и холода. Человеческий организм, настроенный на 24-часовой цикл, сойдет с ума в таком ритме. Метрологам предстоит решить, как нарезать этот длинный день на условные «земные» сутки для удобства колонистов.

Вопросов масса: где разместить главные часы — на орбите или на поверхности? По каким картам и системам координат будет вестись навигация? Без международного соглашения мы получим лунный аналог разнобоя между метрической и имперской системами.

Лунный и Солнечный интернет

ESA и NASA уже разрабатывают архитектуру LunaNet — свод правил, который позволит всем навигационным и коммуникационным системам на Луне образовать единую сеть, подобную интернету. Установка общего времени — лишь первый кирпич в этом фундаменте.

«Идея в том, чтобы создать интернет во всей Солнечной системе, — говорит Шерил Грэмлинг из NASA. — И первая попытка будет на Луне». В таком глобальном видении, возможно, потребуется что-то большее, чем просто лунное время. Может, нам понадобится единое координационное время для всей Солнечной системы? Пока это звучит как фантастика. Но кто знает, во что превратятся наши сегодняшние споры о микросекундах через сто лет.