V dubnu 2024 vyzval Bílý dům vědce, s výhledem na plánovanou přítomnost astronautů a posléze i lidských základen na Měsíci v rámci mise NASA Artemis, aby vytvořili standard lunárního času. Skutečnou otázkou však není: „Kolik hodin je na Měsíci?“, ale „Jak rychle tam plyne čas?“.

Čas, který ukazují hodiny, dokáže nastavit každý časoměřič, je to však fyzika, která určuje, jak rychle bude čas plynout. Albert Einstein už na začátku 20. století určil, že dva pozorovatelé se neshodnou na tom, jak dlouhá je hodina, pokud se nepohybují stejnou rychlostí ve stejném směru.

Tato neshoda platí i mezi osobou na zemském povrchu a další na oběžné dráze Země či na Měsíci. Klíčovým výsledkem teorie relativity je, že neexistuje nic takového jako absolutní čas.

Vliv má rotace i gravitace

Hodiny na zemském povrchu budou tikat pomaleji než hodiny na oběžné dráze, a to kvůli účinkům zemské gravitace. Proto musí satelity GPS brát v úvahu relativitu. Určení rozdílu v měření času na Zemi a na Měsíci je ještě složitější, vstupují do něj totiž další vlivy.

Měsíc se pohybuje vzhledem k jakémukoliv místu na zemském povrchu kvůli rotaci Země i svému obíhaní kolem planety, proto se nám jakékoliv lunární hodiny budou z našeho pohledu jevit pomalejší. Kromě toho jsou všechny hodiny na Měsíci ovlivněny gravitací Měsíce a Země, což zase vede k rychlejšímu chodu hodin.

„Takže toto jsou dva konkurenční efekty, přičemž čistým výsledkem jejich působení je posun o 56 mikrosekund (0,000056 sekundy) za den,“ vysvětluje závěry, ke kterým dospěl teoretický fyzik Bijunath Patla z Národního institutu pro standardy a technologie (NIST) v Boulderu v Coloradu.

Čas na Měsíci tak běží rychleji než na Zemi. Správné zvládnutí účinků relativity při výpočtech vyžadovalo výběr vhodného referenčního rámce. Patla a jeho kolega Neil Ashby problém vyřešili tím, že uznali, že systém Země-Měsíc je ve volném pádu – pohybuje se pouze pod vlivem gravitace Slunce – a každý obíhá kolem jejich vzájemného těžiště.

O 56 mikrosekund rychlejší běh času

Ačkoliv by se rozdíl 56 mikrosekund mohl běžnému smrtelníkovi zdát zanedbatelný, pokud jde o navádění měsíčních misí s naprostou přesností, případně o komunikaci Země s Měsíce, je významný. Moderní přesná navigace spoléhá na synchronizaci hodin, která zahrnuje koordinaci pomocí rádiových vln pohybujících se rychlostí světla.

Cheryl Gramlingová, systémová inženýrka z Goddard Space Flight Center NASA vysvětluje: „Světlo urazí 30 centimetrů za 1 nanosekundu (0,001 mikrosekundy). Nezohlednění 56mikrosekundového rozdílu by potenciálně mohlo vést k navigačním chybám o velikosti až 17 kilometrů za den.“.

To není akceptovatelné pro mise Artemis, které budou vyžadovat znalost polohy každého roveru, modulu nebo astronauta s přesností na 10 metrů. Zřejmě bude ještě několik let či desetiletí trvat, než bude Měsíc trvale osídlen dostatečným množstvím lidí a robotů, pro které bude tato úroveň měření času potřebná.

Vědci a inženýři si však již nyní uvědomují, jak je důležité mít zavedený standardní lunární čas, a to dlouho předtím, než to bude skutečně nezbytně nutné. A proto na tom již pilně pracují.

Zdroj: Eos.org