Des chercheurs ont trouvé un moyen de synchroniser les horloges de la Terre et de la Lune.

Le timing est primordial ces jours-ci. Les réseaux de communication et les systèmes de positionnement global dépendent tous du suivi précis du timing précis des signaux, notamment en tenant compte des effets de la relativité. Plus on s’enfonce dans le puits de gravité, plus le temps passe lentement, et nous avons atteint le point où nous pouvons détecter des différences d’altitude des planètes. Un millimètreLe temps s’écoule plus rapidement à l’altitude à laquelle se trouvent les satellites GPS qu’avec les horloges situées à la surface de la Terre. Ce qui complique les choses, c’est que ces satellites se déplacent à grande vitesse, ce qui ralentit les choses.

Ceci est relativement facile à expliquer sur Terre, où nous avons affaire à un ensemble unique de modifications qui peuvent être programmées dans les appareils électroniques qui doivent suivre ces éléments. Mais il est prévu d’envoyer une multitude d’instruments sur la Lune, qui a un champ gravitationnel beaucoup plus faible (horloges plus rapides !), ce qui signifie que les objets pourraient rester en orbite même s’ils se déplacent lentement (horloges plus rapides également !).

Il serait facile de créer un système similaire pour suivre le temps sur la Lune, mais cela entraînerait inévitablement une désynchronisation des horloges avec celles de la Terre – un problème sérieux pour des choses comme les observations scientifiques. C’est pourquoi l’Union Astronomique Internationale Il a une décision Cela nécessite un « système de référence céleste lunaire » et un « temps de coordonnées lunaires » pour gérer les choses là-bas. Lundi, deux chercheurs de l’Institut national des normes et technologies, Neil Ashby et Bijunath Patla, ont effectué un calcul pour montrer comment cela fonctionne.

Gardez le temps

Nous nous préparons à explorer la lune. Si tout se passe bien, la Chine et une coalition dirigée par les États-Unis enverront plusieurs missions sans pilote, ce qui pourrait conduire à une présence humaine permanente. Nous disposerons d’une gamme croissante d’appareils et éventuellement d’installations sur la Lune. Le suivi de quelques objets à la fois était suffisant pour les missions Apollo, mais les missions futures devront peut-être atterrir à des endroits précis, et peut-être se déplacer entre eux. Cela rend l’équivalent d’un GPS lunaire précieux, note l’Institut national des normes et de la technologie dans son rapport de 2011. Son communiqué de presse Annonce d’emploi.

Il est possible que tout cela puisse être géré par un système de positionnement lunaire indépendant, si nous sommes prêts à accepter qu’il se déplace selon son propre rythme du temps. Mais cela deviendra un problème si nous finissons par faire des choses comme faire de l’astronomie depuis la Lune, où le timing précis des événements sera crucial. Autoriser deux systèmes distincts signifie également commuter tous les systèmes de chronométrage à bord des véhicules lors de leurs déplacements entre les deux.

La théorie a été élaborée qui régit la manière d’aborder la création d’un système unique. Mais l’application pratique de cette méthode reste un exercice pour les futurs chercheurs. Mais il est clair que l’avenir, c’est maintenant.

Ashby et Patla ont développé un système grâce auquel tout pouvait être calculé en référence au centre de masse du système Terre/Lune. Ou comme ils le disent dans l’article, leur système mathématique « nous permet de comparer les fréquences d’horloge sur la Lune et les points de Lagrange lunaires par rapport aux horloges sur Terre en utilisant une mesure adaptée à un cadre de chute libre local tel que le centre de masse de le système Terre-Lune dans le champ gravitationnel du Soleil.

A quoi ça ressemble ? Eh bien, il existe de nombreuses équations dérivées. Le texte de l’article contient 55 équations, et il y a 67 autres équations dans les annexes. Ainsi, une grande partie du document ressemble à ceci.

Les choses se compliquent car de nombreux facteurs doivent être pris en compte. Il existe des effets de marée provenant du Soleil et d’autres planètes. Tout ce qui se trouve à la surface de la Terre ou de la Lune bouge en raison de la rotation ; D’autres objets se déplacent en orbite. L’effet gravitationnel sur le temps dépend de l’endroit où se trouve l’objet. Il y a donc beaucoup de choses à suivre.

Un avenir assuré

Ashby et Batla ne doivent pas tout prendre en compte en toutes circonstances. Certains de ces facteurs sont si petits qu’ils ne peuvent être détectés qu’avec une montre de très haute précision. D’autres facteurs tendent à s’annuler. Cependant, grâce à leur système, nous avons pu calculer qu’un objet proche de la surface de la Lune capterait 56 microsecondes supplémentaires chaque jour, ce qui pose problème dans les situations où l’on peut compter sur une mesure du temps avec une précision de l’ordre de la nanoseconde.

Les chercheurs affirment que leur approche, bien que centrée sur le système Terre-Lune, reste généralisable. Cela signifie qu’il peut être modifié et créer un cadre de référence qui peut fonctionner sur Terre et partout ailleurs dans le système solaire. Ce qui, compte tenu de la vitesse à laquelle nous avons envoyé des objets au-delà de l’orbite terrestre basse, constitue probablement une bonne préparation pour l’avenir.

Le Journal Astronomique, 2024. DOI : 10.3847/1538-3881/ad643a (À propos des DOI).