اکنون در کره ماه ساعت چند است؟

سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای برای استقرار در ماه به ساعت‌های اتمی محلی نیاز دارند. دانشمندان در حال بررسی این هستند که این ساعت‌ها باید چه زمانی را نشان دهند.

دهه آینده شاهد انقلابی در اکتشافات کره ماه خواهیم بود، از جمله ده‌ها ماموریت و برنامه‌هایی برای ایجاد پایگاه‌های دائمی در ماه. این تلاش‌ها چالش‌های بسیار زیادی را به همراه دارد. اما در این میان یک سوال مهم و خیلی ظریف وجود دارد که مترولوژیست‌های سراسر دنیا در تلاش هستند تا پاسخی برای آن بیابند: اکنون در کره ماه ساعت چند است؟

شریل گراملینگ، یک مهندس هوا فضا که رهبری تیم موقعیت، ناوبری و زمان‌بندی در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، در گرین‌بلت، مریلند را بر عهده دارد می‌گوید: «ما تازه کار روی این موضوع شروع کرده‌ایم.»

در حال حاضر ماه زمان مستقلی ندارد. هر یک از ماموریت‌های انجام شده در ماه مقیاس زمانی خاص خود را دارد که از طریق کنترل‌کننده‌های آن ماموریت از روی زمین، با زمان جهانی یا UTc (استانداردی که ساعت‌های زمین با آن تنظیم می‌شوند) مرتبط است. اما این روش دقیق نیست و فضاپیما‌هایی که در حال کاوش در ماه هستند، زمانشان را با یکدیگر هماهنگ نمی‌کنند. اگر تعداد کاوشگر‌هایی که در حال ماموریت هستند کم باشد، مشکلی ایجاد نخواهد شد، اما اگر چند کشتی فضایی به طور همزمان با هم کار کنند، احتمالا به مشکل برخواهند خورد. همچنین آژانس‌های فضایی می‌خواهند آن‌ها را با استفاده از ناوبری ماهواره‌ای که بر سیگنال‌های زمان‌بندی دقیق متکی است، ردیابی کنند.

مشخص نیست که زمان جهانی ماه چگونه خواهد بود. ساعت‌ها بر روی زمین و ماه به دلیل تفاوت میدان‌های جاذبه دو کره، متفاوت از هم کار می‌کنند. زمان رسمی ماه می‌تواند بر اساس یک سیستم طراحی شده و همگام شده با UTC کار کند، و یا کاملا از زمان زمینی مستقل باشد.

نمایندگان آژانس‌های فضایی و سازمان‌های دانشگاهی سرتاسر جهان، در نوامبر ۲۰۲۲ نشستی در مرکز تحقیقات فضایی و فناوری اروپایی آژانس فضایی اروپا (ESA) داشتند و در آن شروع به پیش‌نویس پیشنهادات در مورد چگونگی تعریف زمان در کره ماه کردند.

پاتریزیا تاولا، مدیر بخش زمان در اداره بین‌المللی اوزان و مقیاس‌ها در سور فرانسه، می‌گوید: «هرچه سریعتر باید در مورد این موضوع تصمیم گیری شود. اگر یک زمان رسمی برای ماه تعیین نشود، خیلی زود آژانس‌های فضایی و شرکت‌های خصوصی وارد عمل شده و راهکار‌های خود را ارائه خواهند داد. به همین دلیل است که اکنون ما هشدار می‌دهیم و می‌گوییم که باید با هم کار کنیم تا به یک تصمیم مشترک برسیم.»

ردیابی ماهواره‌ها

نیاز مبرم به داشتن زمان در ماه، از برنامه‌هایی برای خلق یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای (GNSS) برای ماه ناشی می‌شود. درست چیزی شبیه به آنچه GPS و دیگر شبکه‌های ناوبری ماهواره‌ای ردیابی دقیق، در مورد یک مکان روی زمین انجام می‌دهند. آژانس‌های فضایی قصد دارند تا نصب GNSS ماه را تا سال ۲۰۳۰ انجام دهند. آژانس فضایی اروپا یک پروژه ناوبری ماهواره‌ای قمری، به نام Moonlight (نور مهتاب) را در جلسه شورای خود که در ۲۲ و ۲۳ نوامبر ۲۰۲۲ در پاریس انجام شد تصویب کرد، و ناسا نیز پروژه‌ای مشابه با نام «سیستم‌های ناوبری و ایستگاه‌های تقویتی ارتباطات ماه» (LCRNS) را در ژانویه گذشته راه‌اندازی کرده است.

تا به امروز، ماموریت‌های ماه موقعیت‌های خود را با استفاده از سیگنال‌های رادیویی و طبق زمان‌های برنامه ریزی مشخص، به آنتن‌های بزرگ روی زمین ارسال می‌کردند. اما به گفته جول پارکر که یک مهندس است و بر سیستم‌های ناوبری ماه در مرکز گودارد کار می‌کند: با در نظر گرفتن ده‌ها ماموریت برنامه‌ریزی شده، منابع کافی برای پوشش همه آن‌ها وجود نخواهد داشت.

آژانس فضایی اروپا و ناسا قصد دارند تا بعنوان اولین گام، با استفاده از سیگنال‌های ناوبری ماهواره‌ای ضعیف از سفینه‌های زمینی، موقعیت‌های موجود در ماه را آزمایش کنند. در قدم بعدی، پروژه‌های GNSS قرار است ماهواره‌هایی را در اطراف ماه قرار دهند که هر یک از آن‌ها ساعت اتمی خود را دارند. یک گیرنده، که بعنوان مثال در سطح ماه قرار دارد، موقعیت خود را با ارسال سیگنال از موقعیت خود و با در نظر گفتن زمانی که طول می‌کشد تا سیگنال‌های ماهواره به آن برسد ارسال کرده و یک مثل از سیگنال‌های ارتباطی تشکیل می‌شود. یورگ هان، مهندس شاغل در پروژه نور مهتاب آژانس فضایی اروپا می‌گوید: این آژانس طرح اولیه قرار گیری چهار فضاپیما را برنامه ریزی کرده که بتوانند قطب جنوبی ماه، جایی که بیشترین مقدار آب را در خود جای داده و هدف مهمی برای اکتشافات است را پوشش دهد.

هان می‌گوید: «همچنین ماموریت‌های ماه نیاز به یک زمان رسمی برای همکاری و برقراری ارتباط دارند؛ و همه باید بتوانند تابع این زمان رسمی باشند، در غیراینصورت هرج و مرج خواهد شد. سوال دیگری که مطرح می‌شود این است که آیا فضانوردان از زمان جهانی ماه در همه جای ماه استفاده می‌کنند یا خیر. با وجودیکه زمان ماه به عنوان مقیاس رسمی زمینی باقی خواهد ماند، اما کاربران آن ممکن است بخواهند زمان در مناطق مختلف ماه را، مانند زمین، طبق موقعیت خورشید در آسمان، تغییر دهند. چنین سوالی کمتر برای مترولوژیست‌ها مطرح می‌شود و در واقع بیشتر موضوعی قراردادی است؛ و این زمانی معنا خواهد داشت که یکنفر واقعا بر روی ماه زندگی کند.»

تعریف زمان ماه موضوع ساده‌ای نیست. اگرچه مفهوم ثانیه در همه جا یکسان است، اما طبق نظریه نسبیت در میدان‌های گرانشی قوی‌تر، ساعت‌ها کندتر حرکت می‌کنند. کشش گرانشی ماه ضعیف‌تر از زمین است و این بدان معناست که برای یک ناظر از روی زمین، ساعت ماه سریعتر از ساعت زمین کار می‌کند. به تخمین گراملینگ، یک ساعت بر روی کره ماه حدود ۵۶ میکروثانیه در ۲۴ ساعت سریع‌تر از زمین است. به گفته تاولا: در مقایسه با سرعت ساعت بر روی زمین، سرعت ساعت بر روی ماه نیز به دلیل چرخش ماه، به میزان نامحسوس تغییر می‌کنند. این نکته بهشتی برای متخصصان نسبیت درست می‌کند، زیرا آن‌ها باید نکات زیادی را در نظر بگیرند.»

برای تعریف یک ساعت استاندارد برای ماه که تمام ساعت‌ها با آن مقایسه شوند، باید حداقل سه ساعت اصلی که با سرعت طبیعی ماه کار می‌کنند نصب شده و خروجی آن‌ها با یک الگوریتم ترکیب شود تا یک ساعت «مجازی» دقیق‌تر تولید شود.

اینکه بعد از آن چه اتفاقی می‌افتد بستگی به انتخاب مترولوژیست‌ها دارد. آن‌ها ممکن است که زمان ماه را بر اساس UTC تنظیم کنند. در این صورت زمان مجازی ماه به صورت منظم با UTC زمینی همگام خواهد شد. در بین این بررسی‌ها، ساعت اصلی تا زمان همگام سازی بعدی، زمان واقعی را نگه خواهد داشت. مزیت این کار سادگی تعامل برای کابرانی است که در زمین هستند.

گزینه جایگزین، استفاده از خروجی سینتی‌سایز شده ساعت‌های اتمی ماه، به عنوان یک زمان مستقل و پیوسته است و می‌توان رابطه آن با UTC را ردیابی کرد. گراملینگ می‌گوید: «در این صورت حتی اگر ارتباط ساعت‌های روی ماه با زمین قطع شود، هنوز می‌توانند با یکدیگر هماهنگ باشند و امکان ناوبری و ارتباطات ایمن را فراهم کنند. ایجاد یک زمان مستقل می‌تواند به عنوان یک مدل برای سیارات دورتری نظیر مریخ، که آژانس فضایی قصد بررسی آن‌ها را دارد، کارایی داشته باشد. او اضافه می‌کند که انتقال UTC به این سیارات، پیچیده‌تر از ماه خواهد بود.»

با توجه به این سناریو، تعریف روز در ماه از زمین متفاوت خواهد بود، یعنی زمان از یک ظهر خورشیدی تا ظهر خورشیدی بعدی به طور متوسط ۲۹.۵ روز زمینی طول خواهد کشید. با توجه به این که انسان در هر چرخه ۲۴ ساعت نیاز به خواب دارد، بنابراین روز‌های زمین همیشه برای فضانوردان مهم خواهند بود. اما این تعریف چیزی است که مترولوژیست‌ها باید بر روی آن توافق کنند.

همچنین مترولوژیست‌ها باید تصمیم بگیرند که ساعت‌های اصلی را در کجای کره ماه قرار دهند. همانند زمین، ارتفاع قرار گرفتن آن‌ها بر کارکردن و تیک تاک کردن‌شان تاثیر می‌گذارد. هان می‌گوید: ساعت‌ها می‌توانند درمدار ماه و یا روی سطح ماه باشند. «در حال حاضر در حال صحبت و تبادل نظر بر سر این موضوع با همکاران خود در ناسا هستیم.»

آژانس‌های فضایی استاندارد‌های ضروری دیگری نظیر اینکه از کدام نقشه‌های ماه و سیستم‌های مختصاتی برای ناوبری استفاده کنند، را در نظر می‌گیرند؛ و این کار را از طریق گروه مشاوره عملیات بین سازمانی، شورای آژانس‌های فضایی ملی و کمیته بین‌المللی سازمان ملل در GNSS انجام می‌دهند. گرملینگ می‌گوید: برای اینکه سیستم‌های کشور‌های مختلف بتوانند همکاری کنند، این سیستم‌های مرجع باید در سطح بین‌المللی مورد توافق قرار بگیرند.

ناسا با کمک آژانس فضایی اروپا در حال ایجاد و گسترش چارچوبی با نام لونانت (LunaNet) است و امیدوار است بتواند مشارکت‌های بین‌المللی را جذب کند. لونانت شامل مجموعه‌ای از قوانین است تا بتواند تمام سیستم‌های محاسباتی، ارتباطی و ناوبری ماهواره‌ای ماه را بدون در نظر گرفتن ملیتی که آن‌ها را نسب می‌کنند به شکل یک شبکه واحد شبیه به اینترنت در بیاورد. تنظیم زمان در ماه، بخشی از یک کار بزرگ است.

به گفته گرملینگ: «هدف اصلی تولید یک شبکه در منظومه شمسی است؛ و اولین قسمت آن در ماه خواهد بود.»