Wie spät ist es auf dem Mond? Forscher entwickeln Plan zur präzisen Zeitmessung

Seit Jahrzehnten stellt die leichte Gravitationskraft des Mondes eine große Herausforderung dar: Atomuhren auf seiner Oberfläche ticken etwa 56 Mikrosekunden pro Tag schneller als die auf der Erde. Dieser extrem kleine Unterschied scheint nicht viel zu sein, könnte aber die präzise Zeitsteuerung stören, die für wichtige Aktivitäten wie die Landung von Raumfahrzeugen und die Kommunikation mit der Erde erforderlich ist.

Nun haben Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) einen Plan zur präzisen Zeitmessung auf dem Mond entwickelt und damit den Weg für ein GPS-ähnliches Navigationssystem für die Monderkundung geebnet. Die Forschung, veröffentlicht In Das astronomische Journalkonzentriert sich auf die Definition eines theoretischen Rahmens und mathematischer Modelle, die für die Erstellung eines Mondkoordinaten-Zeitsystems erforderlich sind.

Diese Innovation ist von entscheidender Bedeutung für das ehrgeizige Artemis-Programm der NASA, dessen Ziel eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond ist und das ein wichtiger Meilenstein für die Erforschung des Kosmos sein könnte.

Mondkoordinatenzeit

GPS auf der Erde ist in hohem Maße auf eine präzise Zeitmessung angewiesen. Jeder Satellit der GPS-Konstellation verfügt über Atomuhren, die mit einer gemeinsamen Zeitreferenz synchronisiert sind. Durch Messen der Zeit, die Signale mehrerer Satelliten benötigen, um einen Empfänger zu erreichen, kann GPS die Position und Uhrzeit des Empfängers bestimmen. Die Implementierung eines ähnlichen Systems auf dem Mond und dessen genaue Zuordnung zum Erdsystem stellt jedoch aufgrund der Auswirkungen der Relativität einzigartige Herausforderungen dar.

Einsteins Relativitätstheorie besagt, dass die Schwerkraft den Lauf der Zeit beeinflusst. Die Zeit vergeht nicht überall gleich. Auf dem Mond beispielsweise, wo die Schwerkraft schwächer ist als auf der Erde, ticken die Uhren etwas schneller.

Darüber hinaus misst ein Beobachter auf der Erde die Zeit etwas anders als ein Beobachter auf dem Mond. Grund dafür sind mehrere Schwerkrafteffekte, darunter die Umlaufbahn des Mondes um die Erde und die Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Diese Effekte können die präzise Navigation und Kommunikation mit der Zeit erheblich beeinträchtigen.

Um dieses Problem zu lösen, haben NIST-Forscher ein System zur Festlegung und Implementierung einer Mondzeit entwickelt, das die einzigartige Gravitationsumgebung des Mondes berücksichtigt. Dieses System etabliert eine neue zentrale „Mondzeit“, die als Zeitreferenz speziell für die gesamte Mondoberfläche dient, ähnlich wie die koordinierte Weltzeit (UTC) auf der Erde funktioniert.

„Es ist, als ob der gesamte Mond mit einer an die Schwerkraft des Mondes angepassten ‚Zeitzone‘ synchronisiert wäre, statt dass die Uhren allmählich ihren Takt zur Erdzeit verlieren“, sagte der NIST-Physiker Bijunath Patla.

„Diese Arbeit legt den Grundstein für die Einführung eines GPS-ähnlichen Navigations- und Zeitsystems, das sowohl erdnahen als auch erdgebundenen Nutzern bei der Monderkundung von Nutzen wäre“, sagte der NIST-Physiker Neil Ashby.

Das vorgeschlagene System wäre der erste Schritt in der Entwicklung eines „Mondpositionierungssystems“, das ein hochpräzises Netzwerk von Uhren an bestimmten Orten auf der Mondoberfläche und in Mondumlaufbahnen umfassen würde. Diese präzisen Atomuhren in der Mondumlaufbahn würden als „Satelliten“ des Mond-GPS-Netzwerks fungieren und genaue Zeitsignale für die Navigation liefern.

Eine präzise Navigation und Ortung auf dem Mond könnte zu präziseren Landungen und einer effizienteren Erkundung der Mondressourcen führen. Ohne dieses „Mond-GPS“ wäre eine Landung und ein Einsatz auf dem Mond so, als würde man versuchen, auf der Erde ohne Ortungssystem zu navigieren – man hätte nur eine ungefähre Vorstellung von seinem Standort, was es extrem schwierig macht, komplexe Operationen durchzuführen oder lange Entfernungen präzise zurückzulegen.

„Das Ziel besteht darin, sicherzustellen, dass Raumfahrzeuge innerhalb weniger Meter ihres geplanten Ziels landen können“, sagte Patla.

Das neue Wettrennen im Weltraum

Dieser Durchbruch kommt zu einem Zeitpunkt, da Länder weltweit wieder verstärkt an der Erforschung des Mondes interessiert sind. Der Mond bietet wertvolle wissenschaftliche Erkenntnisse über die Entstehung unseres Sonnensystems und birgt potenzielle Ressourcen für zukünftige Technologien, wie Wassereis, Helium-3 und seltene Erden, die in Geräten wie Smartphones und Computern verwendet werden.

Die Mondkoordinatenzeit könnte für die Erforschung tieferer Gebiete des Weltraums von entscheidender Bedeutung sein, da die Zeitmessung bei der Koordinierung komplexer Missionen und der Einrichtung eines interplanetaren Navigationsnetzwerks von entscheidender Bedeutung sein könnte.

„Das vorgeschlagene Gerüst, das der Mondkoordinatenzeit zugrunde liegt, könnte schließlich eine Erkundung jenseits des Mondes und sogar jenseits unseres Sonnensystems ermöglichen“, sagte Patla. „Natürlich, sobald die Menschheit die Fähigkeit zu derart ehrgeizigen Missionen entwickelt.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von NIST erneut veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte Hier.