Jam berapa sekarang? bulan?
Pada bulan April 2024, Gedung Putih mengeluarkan tantangan kepada para ilmuwan untuk menetapkan standar waktu bulan, dengan tujuan untuk meningkatkan kehadiran internasional di Bulan dan kemungkinan pangkalan manusia sebagai bagian darinya. POT‘S Inisiatif Artemis. Pertanyaan sebenarnya yang muncul bukanlah “Jam berapa sekarang?” melainkan: “Betapa cepatnya waktu menyetujui?”
Pencatat waktu mana pun dapat mengatur waktu yang ditunjukkan oleh jam, tetapi fisika menentukan seberapa cepat waktu berlalu. Pada tahun-tahun awal abad ke-20, Albert Einstein ditentukan bahwa dua pengamat tidak akan sepakat mengenai berapa lama satu jam jika mereka tidak bergerak dengan kecepatan yang sama ke arah yang sama. Ketidaksepakatan ini juga terjadi antara seseorang di permukaan bumi dengan orang lain di orbit atau di Bulan.
“Jika kita berada di Bulan, jam kerjanya akan berbeda [than on Earth]”kata fisikawan teoretis itu Patla Bijunath dari Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) di Boulder, Colorado. Dia mencatat bahwa pergerakan Bulan relatif terhadap kita membuat jam berjalan lebih lambat dibandingkan standar Bumi, namun gravitasi yang lebih rendah membuat jam berjalan lebih cepat. “Jadi ini adalah dua efek yang saling bersaing, dan hasil akhirnya adalah selisih 56 mikrodetik per hari.” (Itu 0,000056 detik).
Patla dan rekan fisikawan NIST-nya Neil Ashby Dia menggunakan teori relativitas umum Einstein untuk menghitung angka ini.perbaikan dibandingkan analisis sebelumnya. Mereka mempublikasikan hasilnya di Majalah astronomi.
Meskipun perbedaan 56 mikrodetik termasuk kecil menurut standar manusia, perbedaan ini penting untuk memandu beberapa misi dengan presisi milimeter atau komunikasi antara Bumi dan Bulan.
“Yang mendasar adalah keselamatan navigasi dalam konteks ekosistem bulan ketika aktivitas di Bulan jauh lebih banyak dibandingkan sekarang,” ujarnya. Cheryl Gramlinginsinyur sistem di POTPusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard. “Dalam hal navigasi, terdapat penyimpangan sebesar 56 mikrodetik dalam satu hari antara jam di Bulan dan [a clock] di Bumi ada perbedaan besar, jadi Anda harus beradaptasi dengan itu.”
Navigasi presisi modern didasarkan pada sinkronisasi jam, yang melibatkan koordinasi menggunakan gelombang radio, yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Gramling mencatat bahwa cahaya bergerak sejauh 30 sentimeter (11,8 inci) dalam 1 nanodetik (0,001 mikrodetik), waktu yang sangat singkat menurut standar manusia, sehingga jika tidak memperhitungkan perbedaan sebesar 56 mikrodetik tersebut dapat menyebabkan kesalahan navigasi hingga 17 kilometer. per hari. Bahkan sebagian kecil dari jumlah tersebut tidak dapat diterima semak bijak misi, yang mengharuskan mengetahui posisi setiap penjelajah, pendarat, atau astronot dengan akurasi 10 meter setiap saat.
saya bebas! Jatuh bebas!
Hasil utama dari teori relativitas adalah waktu absolut itu tidak ada. Jam di permukaan bumi akan berdetak lebih lambat dibandingkan jam di orbit karena efek gravitasi, itulah sebabnya satelit GPS harus memperhitungkan relativitas. (Waktu universal terkoordinasi dan standar lain di Bumi menggunakan jaringan jam yang mengoreksi huruf kecil perbedaan gravitasi pada berbagai ketinggianJuga.)
Terkait: 8 cara melihat teori relativitas Einstein dalam kehidupan nyata
Menentukan perbedaan ketepatan waktu antara Bumi dan Bulan menambah kerumitan tambahan. Bulan bergerak relatif terhadap titik mana pun di permukaan bumi karena rotasi kita dan orbitnya di sekitar kita, yang berarti bahwa jam bulan mana pun akan tampak berjalan lebih lambat dari sudut pandang kita. Selain itu, jam apa pun di Bulan dipengaruhi oleh gaya berat Dan Itu dari Bumi. (Satelit buatan tidak berukuran besar atau cukup masif untuk mempengaruhi pengaruh gravitasinya.)
Untuk menangani efek relativitas ini dengan tepat, diperlukan pemilihan kerangka acuan yang tepat. Ashby dan Patla mendekati masalah ini dengan mengakui bahwa sistem Bumi-Bulan berada dalam kondisi jatuh bebas (hanya bergerak di bawah pengaruh gravitasi Matahari) dan masing-masing mengorbit pada pusat massanya masing-masing. Hal ini memungkinkan mereka untuk merumuskan kontribusi setiap komplikasi: rotasi setiap benda, gaya pasang surut, penyimpangan bentuk dari bola sempurna, dll.
Ashby dan Patla juga melakukan penghitungan posisi stabil gravitasi di orbit antara Bumi dan Bulan yang dikenal sebagai titik Lagrange, yang dapat digunakan untuk satelit relai komunikasi.
Sementara itu, ahli fisika teoretis Sergei Kopeikin dari Universitas Missouri dan astronom George Kaplan dari Observatorium Angkatan Laut AS. secara independen menghitung pergeseran waktu 56 mikrodetik antara Bumi dan Bulan. Mereka juga menghitung fluktuasi periodik yang lebih kecil dalam kecepatan jam karena variasi kecil dalam gaya pasang surut Matahari dan Jupiter, namun efek tingkat nanodetik harus diperhitungkan untuk mendapatkan akurasi navigasi skala 10 meter atau lebih baik.
“Dia [relativity] “Komunitas internasional telah memberikan pelayanan yang luar biasa kepada kami dengan menerbitkan semua karya ini,” kata Gramling. “Sekarang kita punya sesuatu untuk disampaikan kepada seluruh komunitas internasional yang terdiri dari para ahli penentuan waktu dan bertanya, ‘Apakah ini model yang bisa kita standarkan untuk Bulan?’”
Diperlukan waktu bertahun-tahun atau dekade sebelum Bulan dipenuhi manusia dan robot dalam jumlah yang cukup sehingga memerlukan tingkat ketepatan waktu seperti ini. Namun, para ilmuwan dan insinyur menyadari betapa pentingnya memiliki waktu standar bulan jauh sebelum diperlukan. Sekarang mereka telah mengambil langkah pertama yang sulit untuk mengetahui jam berapa sekarang di Bulan.
Artikel ini awalnya diterbitkan di Eos.org. Baca artikel asli.
