연구자들이 지구와 달의 시계를 동기화하는 방법을 찾았습니다.

요즘은 타이밍이 전부입니다. 통신 네트워크와 GPS(Global Positioning System)는 모두 상대성 효과를 고려하는 것을 포함하여 신호의 정확한 타이밍을 정확하게 추적하는 데 달려 있습니다. 중력 우물 안으로 깊이 들어갈수록 시간은 느리게 흐르고, 행성의 고도 차이를 감지할 수 있는 지점에 도달했습니다. 1밀리미터시간은 지구 표면의 시계보다 GPS 위성이 위치한 고도에서 더 빠르게 흐릅니다. 문제를 더 복잡하게 만드는 것은 이러한 위성이 빠른 속도로 움직이기 때문에 속도가 느려진다는 것입니다.

이것은 지구상에서 상대적으로 설명하기 쉽습니다. 우리는 이러한 것들을 추적해야 하는 전자 장치에 프로그래밍할 수 있는 단일 수정 세트를 다루고 있습니다. 그러나 중력장이 훨씬 낮은 달에 수많은 장비를 보낼 계획이 있습니다(시계가 더 빠릅니다!). 이는 물체가 천천히 움직이더라도 궤도에 남아 있을 수 있음을 의미합니다(시계도 더 빠릅니다!).

달의 시간을 추적하기 위해 유사한 시스템을 만드는 것은 쉬울 수 있지만 이로 인해 필연적으로 시계가 지구의 시간과 동기화되지 않게 됩니다. 이는 과학적 관측과 같은 작업에 심각한 문제입니다. 따라서 국제천문연맹은 그에게는 결정이 있다 이를 처리하려면 ‘달 천체 기준 시스템’과 ‘달 좌표 시간’이 필요합니다. 월요일에 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)의 두 연구원인 Neil Ashby와 Bijunath Patla는 이것이 어떻게 작동하는지 보여주기 위해 계산을 실행했습니다.

시간을 지켜라

우리는 달 탐사를 준비하고 있습니다. 모든 것이 순조롭게 진행된다면 중국과 미국이 주도하는 연합군은 몇 차례의 무인 임무를 파견할 것이며, 이는 영구적인 인간 존재로 이어질 수 있습니다. 우리는 달에 점점 더 많은 장치와 시설을 갖게 될 것입니다. 아폴로 임무에서는 한 번에 몇 가지 항목을 추적하는 것으로 충분했지만 향후 임무에서는 정확한 위치에 착륙하고 두 위치 사이를 이동해야 할 수도 있습니다. 국립 표준 기술 연구소(National Institute of Standards and Technology)는 2011년 보고서에서 이것이 달 GPS와 동등한 가치를 갖는다고 지적합니다. 보도자료 채용공고.

달이 자체 시간의 리듬에 따라 움직인다는 점을 기꺼이 받아들인다면 이 모든 것이 독립적인 달 위치 확인 시스템으로 처리될 수 있습니다. 그러나 사건의 정확한 타이밍이 중요한 달에서 천문학을 수행하는 것과 같은 일을 하게 된다면 이는 문제가 될 것입니다. 두 개의 별도 시스템을 허용한다는 것은 차량이 둘 사이를 이동할 때 차량의 모든 시간 기록 시스템을 전환한다는 의미이기도 합니다.

단일 시스템 생성에 접근하는 방법을 관리하는 이론이 도달했습니다. 그러나 이를 실제적으로 적용하는 것은 미래 연구자들의 과제로 남겨둔다. 그러나 분명히 미래는 지금이다.

Ashby와 Patla는 지구/달 시스템의 질량 중심을 참조하여 모든 것을 계산할 수 있는 시스템을 개발했습니다. 또는 논문에 적힌 대로, 그들의 수학적 시스템을 통해 “질량 중심과 같은 국지적 자유 낙하 프레임에 적합한 척도를 사용하여 지구의 시계와 관련하여 달과 달의 라그랑주 지점의 시계 속도를 비교할 수 있습니다. 태양의 중력장에 있는 지구-달 시스템.”

이것은 어떻게 생겼나요? 음, 파생 방정식이 많이 있습니다. 논문의 본문에는 55개의 방정식이 포함되어 있으며, 부록에는 67개의 방정식이 더 있습니다. 그래서 많은 종이가 이렇게 보입니다.

고려해야 할 요소가 많기 때문에 상황이 복잡해집니다. 태양과 다른 행성으로부터 조석 효과가 있습니다. 지구나 달 표면의 모든 것은 회전으로 인해 움직입니다. 다른 물체는 궤도에 있는 동안 움직입니다. 시간에 대한 중력 효과는 물체의 위치에 따라 달라집니다. 따라서 추적해야 할 것이 많습니다.

안전한 미래

Ashby와 Batla는 모든 상황에서 모든 것을 고려할 필요는 없습니다. 이러한 요인 중 일부는 너무 작아서 매우 정밀한 시계를 통해서만 감지할 수 있습니다. 다른 요인들은 서로 상쇄되는 경향이 있습니다. 그러나 그들의 시스템을 사용하여 우리는 달 표면 근처의 물체가 매일 추가로 56마이크로초를 캡처한다는 것을 계산할 수 있었는데, 이는 나노초 정밀도로 시간을 측정해야 하는 상황에서는 문제가 됩니다.

연구원들은 그들의 접근 방식이 지구-달 시스템에 초점을 맞추고 있지만 여전히 일반화 가능하다고 말합니다. 이는 지구와 태양계의 다른 어느 곳에서나 작동할 수 있는 참조 프레임을 수정하고 생성할 수 있음을 의미합니다. 우리가 지구 저궤도 너머로 물건을 보내는 속도를 고려하면 아마도 미래를 위한 건전한 준비일 것입니다.

천문 저널, 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (DOI 정보).