Per decenni, la sottile attrazione gravitazionale della Luna ha rappresentato una sfida esasperante: gli orologi atomici sulla sua superficie ticchettavano più velocemente di quelli sulla Terra di circa 56 microsecondi al giorno. Questa differenza estremamente piccola non sembra molto, ma potrebbe compromettere la precisione del tempo necessaria per attività importanti come gli atterraggi delle astronavi e le comunicazioni con la Terra.
Ora, i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno sviluppato un piano per la misurazione precisa del tempo sulla Luna, aprendo la strada a un sistema di navigazione simile al GPS per l'esplorazione lunare. La ricerca, pubblicata su The Astronomical Journal, si concentra sulla definizione di un quadro teorico e di modelli matematici necessari per creare un sistema di coordinate temporali lunari.
Questa innovazione è fondamentale per l'ambizioso programma Artemis della NASA, che mira a stabilire una presenza umana duratura sulla Luna e potrebbe essere un importante trampolino di lancio per l'esplorazione del cosmo.
Il GPS sulla Terra si basa in gran parte sulla misurazione precisa del tempo. Ogni satellite nella costellazione GPS trasporta orologi atomici sincronizzati con un riferimento temporale comune. Misurando il tempo impiegato dai segnali di più satelliti per raggiungere un ricevitore, il GPS può determinare la posizione e l'ora del ricevitore. Tuttavia, implementare un sistema simile sulla Luna e collegarlo accuratamente al sistema terrestre presenta sfide uniche a causa degli effetti della relatività.
La teoria della relatività di Einstein afferma che la gravità influenza il passare del tempo. Il tempo non scorre uniformemente per tutti. Ad esempio, sulla Luna, dove la gravità è più debole che sulla Terra, gli orologi ticchettano leggermente più velocemente. Inoltre, un osservatore sulla Terra misura il tempo in modo leggermente diverso rispetto a un osservatore sulla Luna a causa di una serie di effetti correlati alla gravità, tra cui l'orbita della Luna attorno alla Terra e l'orbita della Terra attorno al Sole. Questi effetti possono avere un impatto significativo sulla navigazione e sulla comunicazione precise nel tempo.
Per affrontare questo problema, i ricercatori del NIST hanno creato un sistema per stabilire e implementare il tempo lunare che tiene conto dell'ambiente gravitazionale unico della Luna. Questo sistema stabilisce un nuovo "tempo lunare" principale che funge da riferimento cronologico specifico per l'intera superficie lunare, simile a come funziona il tempo coordinato universale (UTC) sulla Terra.
È come avere l'intera Luna sincronizzata su un "fuso orario" regolato per la gravità della Luna, piuttosto che avere orologi che gradualmente si allontanano dalla sincronizzazione con il tempo terrestre.
"Questo lavoro getta le basi per l'adozione di un sistema di navigazione e cronometraggio simile al GPS, che servirebbe gli utenti vicini alla Terra e legati alla Terra, per l'esplorazione lunare", ha affermato il fisico del NIST Neil Ashby.
Il sistema proposto sarebbe il primo passo nello sviluppo di un "sistema di posizionamento lunare" che includerebbe una rete di orologi altamente precisi in posizioni specifiche sulla superficie della Luna e nelle orbite lunari. Questi precisi orologi atomici in orbita lunare funzionerebbero come "satelliti" della rete GPS lunare, fornendo segnali di temporizzazione accurati per la navigazione.
Una navigazione e un posizionamento precisi sulla Luna potrebbero portare ad atterraggi più accurati e ad un'esplorazione più efficiente delle risorse lunari. Senza questo "GPS lunare", atterrare e operare sulla Luna sarebbe come cercare di navigare sulla Terra senza alcun sistema di posizionamento: avresti solo una vaga idea della tua posizione, rendendo estremamente difficile svolgere operazioni complesse o percorrere lunghe distanze in modo accurato. L'obiettivo è garantire che i veicoli spaziali possano atterrare entro pochi metri dalla destinazione prevista.
Il tempo delle coordinate lunari potrebbe essere la chiave per un'esplorazione spaziale più profonda poiché la misurazione del tempo potrebbe rivelarsi determinante nel coordinamento di missioni complesse e nella creazione di una rete di navigazione interplanetaria.
Il quadro proposto alla base del tempo delle coordinate lunari potrebbe alla fine consentire l'esplorazione oltre la Luna e persino oltre il nostro sistema solare.
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