Секунди там справді спливають швидше
О 17 годині 40 секунд після восьмої вечора за Гринвічем, 20 липня, виповниться рівно 55 років відтоді, як Ніл Армстронг висадився на Місяць. Ці 55 років складають 20 089 днів. З них 20 062 тривалістю 86 400 секунд, а 27 на одну секунду довші завдяки додаванню високосних секунд, що було започатковано у 1972 році. Таким чином, ці 55 років складуть 1 735 689 627 секунд.
Якщо, звичайно, годинник, за яким ви проводите вимірювання, не знаходиться на Місяці. Для місячного годинника ці 55 років триватимуть 1 735 689 628 секунд: на одну секунду більше. Це зміщення є досить значним, що 2 квітня Управління науково-технічної політики Білого дому (OSTP) доручило НАСА розглянути варіанти глобальної угоди, яка б визначала координований місячний час (ltc). Чому це необхідно?
Звинувачуйте Ейнштейна. Його загальна теорія відносності розглядала гравітацію як викривлення, що накладається на простір-час(spacetime) масою. Частково викривлення простору-часу відбувається для того, щоб "часовий" біт простору-часу проходив повільніше. Отже, викривлення простору-часу, спричинене масою Землі, змушує час плинути повільніше ближче до планети, ніж далі від неї. Ефект невеликий: як показують наведені вище цифри, різниця у швидкості плину часу на поверхні Землі та на відстані 380 000 км від неї на поверхні Місяця становить менше однієї частини з двох мільярдів. Але деталі мають значення.
Вплив гравітації на час вже є частиною повсякденного життя, хоч і добре прихованою, у вигляді супутникових систем позиціонування, таких як американська GPS і європейська Galileo, які повідомляють літакам, автомобілям, кораблям і смартфонам, де вони знаходяться. Такі системи працюють за допомогою надзвичайно точних атомних годинників, які виводяться в космос і звідки транслюють сигнали часу. Оскільки годинники знаходяться на орбітах за 20 000-24 000 км від Землі і рухаються з великою швидкістю, сигнали, які вони передають, повинні враховувати теорію відносності.
Ці поправки вносяться для того, щоб супутникові сигнали йшли в ногу з часом на Землі, який визначається UTC, або всесвітнім координованим часом (на практиці це майже те ж саме, що і середній час за Гринвічем). Остаточним гарантом UTC є середньозважене значення показань сотень наземних атомних годинників - продукт даних, відомий як міжнародний атомний час (tai). Всі ці годинники відраховують час у секундах, які точно визначені відповідно до особливого способу коливань атомів цезію: 9 192 631 770 коливань на секунду. Щоб узгодити UTC з більш місцевими земними мірами часу, такими як доба і рік, Міжнародний союз електрозв'язку час від часу додає високосні секунди до tai-ського часу, щоб компенсувати коливання в обертанні Землі та її орбіті (визначені Міжнародною службою обертання Землі та референцних систем).
Підтримувати супутники, що використовуються для навігації на Землі, у відповідності до UTC має сенс. Однак, якщо планується велика кількість польотів на Місяць, система специфічних для місії хаків, які дозволяють вимірювати положення і час відносно Землі, буде громіздкою. OSTP стверджує, що "прецизійні програми, такі як стикування або посадка космічних кораблів, вимагатимуть більшої точності, ніж дозволяють сучасні методи". Більше того, деякі науки потребують дуже точного часу. Звідси привабливість системи, яка відображає той факт, що місячний час дійсно минає трохи швидше.
У довгостроковій перспективі для цього, ймовірно, знадобиться мережа атомних годинників на Місяці, подібних до тих, що визначають час на Землі. Після цього можна було б створити інфраструктуру визначення місця розташування, навігації та часу, подібну до тієї, що забезпечується GPS на Землі. Така система також могла б допомогти з ефектом зворотного впливу, який може мати значення для науковців. Оскільки тривалість секунди відрізняється на Землі і на Місяці, так само як і довжина метра і маса кілограма (метр визначається як одна 299 792 458-та частина відстані, яку світло проходить за секунду у вакуумі).
Якщо ви не займаєтеся точними космічними вимірюваннями чи пілотуванням космічних кораблів, все це не має особливого практичного значення. Але це може мати більш глибоке значення. Часто кажуть, що найбільшим наслідком польоту на Місяць кілька мільярдів секунд тому була можливість з подивом поглянути на життєву складність Землі. Перспектива місячного координованого часу дозволяє з подібної потойбічної перспективи поглянути на взаємодію фундаментальної теорії, технічної майстерності і пунктуальної міжнародної координації, яка дозволяє вимірювати простір і час з такою ж точністю, а отже, з такою ж величезною практичною користю, як це стало на Землі.
Першоджерело: The Economist “Why the Moon needs its own time”
