El tiempo lo es todo hoy en día. Nuestras redes de comunicaciones y GPS dependen de realizar un seguimiento cuidadoso de la sincronización precisa de las señales, incluida la contabilidad de los efectos de la relatividad. Cuanto más profundo se adentra en un pozo de gravedad, más lento se mueve el tiempo y llegamos al punto en el que podemos detectar diferencias en la altitud de un solo milímetro. El tiempo literalmente fluye más rápido a la altitud donde se encuentran los satélites GPS que para los relojes situados en la superficie de la Tierra. Para complicar aún más las cosas, estos satélites se mueven a altas velocidades, un efecto que ralentiza las cosas.

Es relativamente fácil de explicar esto en la Tierra, donde estamos tratando con un único conjunto de configuraciones que pueden programarse en dispositivos electrónicos que necesitan realizar un seguimiento de estas cosas. Pero hay planes en marcha para enviar una amplia variedad de hardware a la Luna, que tiene un campo gravitacional considerablemente más pequeño (¡relojes más rápidos!), lo que significa que los objetos pueden permanecer en órbita a pesar de moverse más lento (¡también relojes más lentos rápidamente!).

Sería fácil crear un sistema equivalente para rastrear el tiempo en la Luna, pero esto inevitablemente causaría que los relojes no estuvieran sincronizados con los de la Tierra, un problema grave para cosas como las observaciones científicas. Así, la Unión Astronómica Internacional tiene una resolución que exige un «Sistema de Referencia Celestial Lunar» y un «Tiempo de Coordenadas Lunares» para manejar las cosas allí. El lunes, dos investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, Neil Ashby y Bijunath Patla, hicieron los cálculos para mostrar cómo podría funcionar esto.

manteniendo el tiempo

Nos estamos preparando para explorar la Luna. Si todo va según lo planeado, China y un consorcio liderado por Estados Unidos enviarán varias misiones no tripuladas, lo que podría conducir a una presencia humana permanente. Tendremos un conjunto cada vez mayor de hardware y, eventualmente, instalaciones en la superficie lunar. Rastrear solo un puñado de elementos a la vez fue suficiente para las misiones Apolo, pero es posible que las misiones futuras deban aterrizar en ubicaciones precisas y posiblemente moverse entre ellas. Esto hace que el equivalente a un GPS lunar sea valioso, como señala el NIST en su comunicado de prensa publicitar el trabajo.

Todo esto podría potencialmente ser controlado por un sistema de posicionamiento lunar independiente, si estamos dispuestos a aceptar que avance a su propio ritmo temporal. Pero esto se convertirá en un problema si finalmente vamos a hacer cosas como realizar astronomía de la Luna, ya que el momento preciso de los eventos será crítico. Permitir dos sistemas separados también significaría cambiar todos los sistemas de cronometraje a bordo del barco mientras viaja entre los dos.

La teoría detrás de cómo manejar la creación de un sistema único ya ha sido elaborada. Pero la viabilidad de hacerlo quedó como ejercicio para futuros investigadores. Pero aparentemente el futuro es ahora.

Ashby y Patla trabajaron en el desarrollo de un sistema en el que cualquier cosa pueda calcularse en referencia al centro de masa del sistema Tierra/Luna. O, como lo expresan en el artículo, su sistema matemático «nos permite comparar velocidades de reloj en la Luna y puntos cislunares de Lagrange con respecto a relojes en la Tierra usando una métrica apropiada para un sistema de caída libre local, como el centro del sistema». de masa.» Tierra-Luna en el campo gravitacional del Sol.»

¿Cómo se ve esto? Bueno, muchas ecuaciones de derivación. El cuerpo del artículo tiene 55 de ellos y hay otros 67 en los apéndices. Así que gran parte del artículo termina pareciéndose a esto.

La cosa se complica porque hay muchos factores a considerar. Hay efectos de marea del Sol y otros planetas. Cualquier cosa en la superficie de la Tierra o de la Luna se mueve debido a la rotación; otros objetos se mueven mientras están en órbita. La influencia gravitacional sobre el tiempo dependerá de dónde se encuentre un objeto. Así que hay mucho que seguir.

Prueba de futuro

Ashby y Patla no necesitan tenerlo todo en cuenta en todas las circunstancias. Algunos de estos factores son tan pequeños que sólo serán detectables con un reloj de muy alta precisión. Otros tienden a anularse entre sí. Aún así, utilizando su sistema, son capaces de calcular que un objeto cerca de la superficie de la Luna captará 56 microsegundos adicionales cada día, lo cual es un problema en situaciones en las que podríamos depender de medir el tiempo con una precisión de nanosegundos.

Y los investigadores dicen que su enfoque, aunque se centra en el sistema Tierra/Luna, todavía es generalizable. Lo que significa que debería ser posible modificarlo y crear un marco de referencia que funcione tanto en la Tierra como en cualquier otro lugar del Sistema Solar. Lo cual, dada la velocidad a la que enviamos cosas más allá de la órbita terrestre baja, probablemente sea una buena cantidad de preparación para el futuro.

Revista Astronómica, 2024. DOI: 10.3847/1538-3881/ad643a (Acerca de los DOI).