O propunere ingenioasă vine cu o singură soluție pentru mai multe dintre bătăile de cap cu care astronauții se vor confrunta odată reveniți pe Lună.
Cercetătorii propun instalarea unui ceas-laser ultra-stabil în craterele permanent umbrite de la Polul Sud lunar — un răspuns concret la o întrebare aparent banală: cât e ceasul pe Lună. Soluția ar putea sta la baza viitorului Timp Lunar Coordonat, necesar pentru navigația misiunilor Artemis. Cei care vor locui acolo pe termen lung vor trebui să se descurce într-un mediu spre deosebire de orice de pe Pământ și fără infrastructura pe care o luăm de bună aici. Una dintre piesele esențiale lipsă este măsurarea timpului – fundamentul navigației moderne.
Fără un standard comun de timp, navigația lunară devine instabilă: la o aterizare la viteză orbitală, o eroare de cronometrare de ordinul microsecundelor înseamnă sute de metri pe sol.
Soluțiile propuse până acum nu duc lipsă de imaginație: de la lasere luminoase până la construirea unui GPS lunar. Iar acum, o idee nouă și fascinantă mizează pe una dintre cele mai stranii particularități ale Lunii: craterele întunericului etern. Cunoscute în terminologia NASA drept regiuni permanent umbrite (permanently shadowed regions, PSR), aceste cratere de la polii Lunii nu au primit lumină solară de miliarde de ani și păstrează urme de gheață de apă.
Datorită aliniamentului Lunii și a felului în care ea orbitează în jurul Soarelui împreună cu Pământul, la polii săi există cratere atât de adânci încât fundul lor nu este atins niciodată de lumina solară. Numele lor – cât se poate de epic – este chiar acesta: craterele întunericului etern. Și se dovedesc a fi locul ideal pentru a instala cele mai stabile lasere optice construite vreodată: lasere care funcționează în interiorul unei cavități de siliciu, capabile să producă o cronometrare revoluționară.
„De îndată ce am înțeles ce pot oferi regiunile aflate permanent în umbră, am simțit că acesta ar fi mediul ideal pentru un laser super-stabil”, spune autorul principal al studiului, profesorul Jun Ye, de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) și JILA, într-o declarație.
Studiul descrie un concept de design — nu o instalare confirmată — și estimează că un asemenea ceas-laser ar putea fi transportat și operat de viitoare misiuni robotice sau echipaje Artemis.
Un mediu croit parcă pentru lasere de precizie
Ce sunt craterele întunericului etern?
Motivul pentru care aceste cratere – și Luna în general – sunt atât de potrivite ține de fizica de bază: nu există aer, vibrațiile sunt extrem de reduse, iar fundul craterelor coboară până la temperaturi de aproximativ -223,2 °C. Laserele de acest tip funcționează la temperaturi apropiate de zero absolut, iar când punctul de pornire este deja atât de jos, ajungerea acolo devine considerabil mai simplă. Laserul criogenic cu cavitate de siliciu ar urma să joace rolul unui „ceas-mamă” cu bază lunară.
La marginea craterului ar putea fi amplasat un al doilea laser, cu rol de releu între ceasul ultra-stabil și navele spațiale aflate pe orbita Lunii sau în coborâre pentru aterizare. Sistemul ar putea rivaliza ca precizie cu ceasurile atomice optice – acele ceasuri atât de exacte încât sesizează schimbările gravitaționale pe măsură ce sunt mutate, fiind testate chiar acum în vârful și la poalele unui munte.
„Ne așteaptă descoperiri foarte interesante dacă ajungem la momentele sensibile la curbura foarte mică a spațiu-timpului”, declara profesorul Ye pentru IFLScience la momentul în care anunța că a câștigat Premiul Breakthrough 2022 pentru Fizică Fundamentală.
De ce avem nevoie de un Timp Lunar Coordonat (LTC)?
Interesul pentru măsurarea timpului pe Lună a crescut odată cu perspectivele de explorare umană a satelitului – în special cu posibilitatea unei baze permanente, așa cum propune NASA în planurile recent actualizate ale programului Artemis. Detalii suplimentare ar trebui să apară în anunțul programat al NASA de săptămâna viitoare.
Agenția a desemnat deja unele dintre regiunile permanent umbrite din apropierea Polului Sud lunar drept posibile zone de aterizare pentru Artemis. Iar cercetările lui Ye, recompensate cu Breakthrough Prize, au fost esențiale pentru inventarea și dezvoltarea celui mai precis ceas din lume – ceasul cu rețea optică –, care chiar în acest an a atins cel mai bun nivel de precizie de până acum. Ideea de a duce lasere pe Lună i-a venit lui Ye în timpul unei discuții cu colegii despre instrumentele pe care misiunile Artemis le-ar putea transporta și instala la fața locului.
„M-am gândit: «Hai să lansez o altă idee nebunească» — doar că s-a dovedit a nu fi chiar atât de nebunească”, povestește el.
Când Einstein îți strică planul de aterizare
Din legile relativității generale ale lui Einstein știm că ceasurile ticăie diferit pe Lună față de Pământ. Mai exact, ele înaintează cu 0,0000575 secunde mai repede pe zi decât aici, jos. Asta înseamnă că, la fiecare 100.000 de zile – aproximativ 274 de ani – cineva aflat pe Lună ar îmbătrâni cu 5,75 secunde în plus față de cineva rămas pe Pământ. O diferență minusculă pentru oameni. Dar pentru mașini și pentru navigație, ar putea fi diferența dintre o aterizare sigură și una periculoasă.
Cifra a fost stabilită de NIST și BIPM în 2024 ca reper pentru viitoarea scară de timp lunară, după ce Casa Albă a cerut NASA să propună un standard oficial până în 2026.
Până la stabilirea unui Timp Lunar Coordonat, oamenii de știință lucrează la sincronizarea timpului lunar cu cel terestru, iar dezvoltarea unui asemenea ceas și folosirea lui în navigație ar putea aduce o schimbare de paradigmă – cu beneficii care ar putea fi resimțite și pe Pământ. Ar putea îmbunătăți navigația pe și în jurul planetei noastre (pentru care folosim, printre altele, și găuri negre supermasive) și măsurarea timpului cu o precizie foarte mare.
Descoperirile recente bazate pe ceasuri atomice optice au crescut precizia de 100 de ori, iar noi suntem aproape de o redefinire a secundei. Cât e ceasul pe Lună rămâne, deocamdată, o întrebare deschisă — dar răspunsul, dacă va veni din craterele permanent umbrite ale Polului Sud, ar putea recalibra modul în care măsurăm timpul și pe Pământ.
Studiul este publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ce s-a mai descoperit în Univers?
Cea mai rapidă stea din galaxie, descoperită recent, se deplasează cu 8% din viteza luminii și ne va permite să efectuăm o măsurătoare excepțională a unei găuri negre
Cercetătorii au descoperit sute de „aminoacizi extratereștri” care nu au mai fost observați până acum pe Pământ
Uranus și Neptun ar putea conține mult mai puțină gheață decât se credea
O forță ascunsă a materiei întunecate ar frâna creșterea structurilor cosmice, nu ar accelera-o
