Kiderült, hogy az idő gyorsabban telik a Holdon, mint a Földön

Az Egyesült Államok ismét lendületet vesz a Hold meghódítására, a NASA még 2019-ben bejelentette az Artemis projektet, melynek keretében újra lesznek emberek a Holdon. Idén áprilisban kértek fel tudósokat, hogy állapítsanak meg egy időszabványt a Holdra: kiderült, az idő naponta 56 mikroszekundummal halad gyorsabban a Holdon, mint a Földön.

Hány óra van a Holdon?

Pontosabban az igazi kérdés nem az, hogy „hány óra van”, hanem inkább, hogy „milyen gyorsan telik az idő” a Holdon?

Be lehet ugyan állítani, hogy egy óra mennyi időt mutasson, de a fizika határozza meg, ténylegesen milyen gyorsan telik az idő. Albert Einstein a 20. század első éveiben megállapította, hogy két megfigyelő nem fog megegyezni abban, hogy mennyi az idő, ha nem ugyanolyan sebességgel haladnak ugyanabba az irányba. Ez a nézeteltérés a Föld, vagy a Hold felszínén tartózkodó személy és egy, az égitest felé közeledő másik ember között is fennáll.

„Ha a Holdon vagyunk, az órák másképp ketyegnek [mint a Földön]” – magyarázza Bijunath Patla elméleti fizikus, a National Institute of Standards and Technology kutatója.

Patla és fizikus kollégája, Neil Ashby Einstein általános relativitáselméletét használta ennek kiszámításához. Eredményeiket az Astronomical Journalban tették közzé.

Bár az 56 mikromásodperc különbség emberi mércével mérve nagyon kicsi, igen jelentőssé válik, ha több küldetést kell pontosan a Holdra irányítani, vagy ha a Föld és a Hold közötti jelen idejű kommunikációról van szó.

A modern navigáció az órák szinkronizálásán alapul, ami magában foglalja a fénysebességgel terjedő rádióhullámok segítségével történő koordinációt. Cheryl Gramling, a NASA Goddard Űrrepülési Központ rendszermérnökének fogalmazásával, mivel a fény 30 centimétert halad 1 nanoszekundum (0,001 mikroszekundum) alatt – ami a hétköznapi életben csakugyan hihetetlenül rövid idő –, de

Ennek még a töredéke is elfogadhatatlan hiba lenne, mivel az Artemis küldetésben minden rover, leszállóegység, űrhajó helyzetének 10 méteren belüli pontos helyzetének ismerete szükséges.

A relativitáselmélet egyik kulcsfontosságú tétele, hogy nem létezik abszolút idő. A Föld felszínén lévő óra a gravitációs hatások miatt lassabban ketyeg, mint a bolygó körüli pályán lévő, s ezt már a GPS-műholdaknak is figyelembe kell venniük.

A Föld és a Hold közötti időmérési különbség meghatározása további bonyodalmakat okoz. A Hold a Föld bármely pontjához képest mozog a bolygónk forgása és a saját, körülöttünk keringő pályája miatt: a mi szemszögünkből a holdóra mondhatni lassabban jár. Ezenkívül a Holdon található bármely órára hatással van a Hold és a Föld gravitációja is. (A mesterséges műholdak nem elég nagy tömegűek ahhoz, hogy saját gravitációs hatásaik számíthassanak.)

Ashby és Patla számításában a Föld-Hold rendszer szabadesésben van – csak a Nap gravitációjának hatására mozog –, és közös tömegközéppontjuk körül kering. Elvégezték a Föld és a Hold közötti pályán lévő, gravitációsan stabil pozíciók, az úgynevezett Lagrange-pontok számítását is, amelyeket kommunikációs közvetítő műholdakhoz lehet használni.

Visszatérve a Hold „órájához”, Szergej Kopeikin elméleti fizikus a Missouri Egyetemről, és George Kaplan csillagász az Egyesült Államok Tengerészeti Obszervatóriumától kiszámolta az említett 56 mikroszekundumos időeltolódást a Föld és a Hold között. Megadták az órajelek kisebb, periodikus ingadozásait is a Nap és a Jupiter hatásai miatt, azokat a nanomásodperces szintű hatásokat, amelyeket a 10 méteres léptékű vagy annál nagyobb navigációs pontosság eléréséhez figyelembe kell venni.

Gramling teszi fel a kérdést: „Vajon ez az a modell, amelyet szabványosíthatunk a Holdon?”

Sok évnek vagy évtizednek kell eltelnie, amíg a Holdon elég ember és robot tevékenykedik ahhoz, hogy ilyen időmérésre legyen szükségük. Most azonban a tudósok megtették az első lépést, hogy megtudjuk, hány óra van a Holdon.