Da die Erforschung des Mondes in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit von Ländern auf der ganzen Welt auf sich gezogen hat, ist die Definition der Mondstandardzeit zu einem neuen Thema geworden, das die wissenschaftliche Gemeinschaft beschäftigt. Laut einem Bericht der South China Morning Post aus Hongkong vom 12. Januar hat das Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften letzten Monat offiziell die weltweit erste „Mond-Timing-Software“ veröffentlicht, die eine präzise Umrechnung der Mond- und Erdzeit ermöglicht.
Da die Schwerkraft des Mondes laut der Allgemeinen Relativitätstheorie nur etwa ein Sechstel der Schwerkraft der Erde beträgt, vergeht die Zeit auf dem Mond schneller als auf der Erde, nämlich etwa 56 Mikrosekunden pro Tag. Diese winzigen Fehler können in ihrer Summe schwerwiegende Auswirkungen auf Weltraummissionen haben, die eine präzise Zeitplanung erfordern.
Um das Problem der Zeitumrechnung zwischen Mond und Erde zu lösen, haben Forscher am Purple Mountain Observatory ein Modell entwickelt, das die schwächere Schwerkraft des Mondes und seine Bewegung im Raum berücksichtigt, sodass Ereignisse auf dem Mond genau mit den Uhren auf der Erde synchronisiert werden können. Letzten Monat veröffentlichte das Purple Mountain Observatory offiziell das Mondzeit- und Kalenderprodukt LTE440.
Fotos des Mondes, aufgenommen vom amerikanischen Astronauten Matthew Dominic auf der Internationalen Raumstation
Laut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften besteht eine der wichtigsten Verbindungen bei der Definition und Konstruktion der Mondstandardzeit darin, die Entsprechung zwischen der Mondkoordinatenzeit und der mechanischen Zeit des Massenschwerpunkts des Sonnensystems zu klären. Dadurch kann die Mond-Standardzeit in die Erdzeit und die koordinierte Weltzeit umgerechnet werden, wodurch die Definition der Mond-Standardzeit des Internationalen Büros für Maß und Gewicht erfüllt wird, die auf die Erdzeit rückführbar sein muss.
Die Umrechnung zwischen Mondkoordinatenzeit und mechanischer Schwerpunktszeit wird jedoch durch die äußerst komplexe Mehrkörperbewegung des Mondes und das dynamische Gravitationsfeld bestimmt, das von allen Himmelskörpern im Sonnensystem auf den Mond ausgeübt wird. Bestehende internationale Umrechnungsformeln verwenden alle die Reihennäherungstheorie, was zu einer geringen Genauigkeit der Berechnungsergebnisse, umständlichen Berechnungsprozessen und einem Mangel an direkt verwendbaren Produkten führt.
Zu diesem Zweck nutzte das Forschungsteam die genauesten Umlaufbahninformationen der Sonne, der Planeten, der Asteroiden des Hauptgürtels und der Objekte des Kuipergürtels, um eine genaue Umrechnung der Mondkoordinatenzeit und der mechanischen Zeit des Massenschwerpunkts zu erreichen. Der kumulative Fehler überschreitet auch nach 1.000 Jahren nicht 1/20000000 Sekunde. Das Forschungsteam entwickelte ein End-to-End-Softwarepaket weiter, das es Benutzern ermöglicht, in nur einem Schritt genaue Konvertierungsergebnisse für Mondkoordinaten zu erhalten.
Relevante Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Astronomy and Astrophysics veröffentlicht.
Jonathan McDowell, ein Astronom am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in den Vereinigten Staaten, sagte, dass die Bestimmung der Mondzeit zu einer echten technischen Notwendigkeit werde und nicht mehr wie in der Vergangenheit von Fall zu Fall auf der Grundlage der Erdzeit gelöst werden könne.
Er wies darauf hin, dass im Navigationssystem des Raumfahrzeugs Fehler im Mikrosekundenbereich erhebliche Auswirkungen haben und dadurch die Berechnungsergebnisse auf der Zeitskala von Minuten beeinflussen können. „Wenn man ein GPS-ähnliches System auf dem Mond nutzen will – was wir in ein paar Jahren vor allem für präzise Landepositionen benötigen könnten, muss man einen Weg finden, dieses Problem zu lösen.“
McDowell sagte, dass zwar ähnliche Arbeiten in den Vereinigten Staaten durchgeführt würden, er jedoch noch nie von einer „Mond-Timing-Software“ gehört habe, die direkt verwendet werden könne. „Dies spiegelt die Bedeutung wider, die China dem Mond beimisst, und ist sehr offen für den Austausch mondbezogener Forschung“, sagte er.
Die South China Morning Post gab an, dass in der Vergangenheit die Zahl der Mondmissionen so gering gewesen sei, dass das Problem der Zeitfehler nahezu „irrelevant“ gewesen sei und die Ingenieure jede Mission individuell nach Bedarf auf der Grundlage der Erdzeit korrigieren könnten. Da jedoch die Erforschung des Mondes zum Schwerpunkt der weltweiten Luft- und Raumfahrt wird, werden in Zukunft immer mehr Raumfahrzeuge und sogar bemannte Raumfahrzeuge zum Mond fliegen, und es wird schwierig sein, vorübergehende Lösungen zur Bewältigung des Fehlerproblems zu verwenden.
Darüber hinaus ist die Festlegung von Zeitstandards nicht nur für die Koordination von Mondmissionen wichtig, sondern auch ein Symbol politischer Einflussnahme. Die South China Morning Post zitierte beispielsweise die britische Entscheidung von 1884, den Standort des Greenwich Observatory als Basispunkt des Nullmeridians festzulegen. Dies diente nicht nur der Bequemlichkeit, sondern spiegelte auch die damals führende Stellung Großbritanniens in der Weltschifffahrt, im Handel und in der Wissenschaft wider.