นาฬิกาบนดวงจันทร์เดินเร็วกว่านาฬิกาบนโลก อาจกระทบภารกิจสำรวจดวงจันทร์

ในภารกิจการสำรวจอวกาศนั้น เรื่องของ “เวลา” ถือว่ามีความสำคัญมาก เพราะหากผิดพลาดหรือคลาดเคลื่อนเพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลกระทบต่อภารกิจหรือความปลอดภัยของนักวิทยาศาสตร์

ล่าสุด บิจูนาถ พัทลา นักฟิสิกส์ทฤษฎีจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐฯ (NIST) ออกมาเปิดเผยผลการศึกษาใหม่ว่า “ถ้าเราอยู่บนดวงจันทร์ นาฬิกาจะเดินไม่ตรงกับบนโลก”

AFP/BILL INGALLS/NASA

“สามารถ” โดนอีกคดี ตร.จ่อแจ้งข้อหากรรโชกทรัพย์ พบเส้นเงินรีดทรัพย์ผู้ประกอบการ 5 แสน

เขาตั้งข้อสังเกตว่า การเคลื่อนที่ของดวงจันทร์เมื่อเทียบกับของโลกทำให้ในทางทฤษฎีแล้ว นาฬิกาบนดวงจันทร์ควรจะเดินช้ากว่านาฬิกามาตรฐานของโลก แต่แรงโน้มถ่วงที่น้อยกว่าทำให้นาฬิกาเดินเร็วขึ้น “และผลลัพธ์สุทธิของสิ่งนี้คือความคลาดเคลื่อน 56 ไมโครวินาทีต่อวัน”

พัทลาและนีล แอชบี นักฟิสิกส์อีกคนจาก NIST ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในการคำนวณตัวเลขนี้ ซึ่งถือเป็นการต่อยอดจากการวิเคราะห์ครั้งก่อน ๆ การค้นพบของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Astronomical Journal

แม้ว่าความแตกต่าง 56 ไมโครวินาทีจะถือว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับมาตรฐานของมนุษย์ แต่ก็มีความสำคัญเมื่อต้องควบคุมภารกิจต่าง ๆ ด้วยความแม่นยำสูงสุดหรือสื่อสารระหว่างโลกกับดวงจันทร์

เชอริล แกรมลิง วิศวกรระบบจากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซา ซึ่งไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการวิจัย กล่าวว่า “สิ่งพื้นฐานคือความปลอดภัยของการนำทางในบริบทของระบบนิเวศบนดวงจันทร์เมื่อคุณมีกิจกรรมบนดวงจันทร์มากกว่าตอนนี้มาก”

เธอเสริมว่า “เมื่อพูดถึงการนำทาง เวลาที่คลาดเคลื่อนระหว่างนาฬิกาบนดวงจันทร์กับนาฬิกาบนโลกที่ 56 ไมโครวินาทีใน 1 วันถือเป็นความแตกต่างอย่างมาก ดังนั้นคุณต้องปรับตัวให้เข้ากับสิ่งนี้”

ระบบการนำทางที่แม่นยำในปัจจุบันอาศัยการซิงโครไนซ์นาฬิกา ซึ่งเกี่ยวข้องกับการประสานงานโดยใช้คลื่นวิทยุซึ่งเดินทางด้วยความเร็วแสง

แกรมลิงตั้งข้อสังเกตว่า แสงเดินทางได้ 30 เซนติเมตรใน 1 นาโนวินาที ซึ่งถือเป็นระยะเวลาที่สั้นมากเมื่อเทียบกับมาตรฐานของมนุษย์ ดังนั้นหากไม่คำนึงถึงความคลาดเคลื่อน 56 ไมโครวินาที อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการนำทางที่ยาวถึง 17 กิโลเมตรต่อวัน แม้แต่เศษเสี้ยวของเวลาดังกล่าวก็ถือว่ายอมรับไม่ได้ในภารกิจอาร์เทมิส ซึ่งจะต้องทราบตำแหน่งของยานสำรวจ ยานลงจอด หรือนักบินอวกาศทุกคนภายในระยะ 10 เมตรตลอดเวลา

ผลลัพธ์ที่สำคัญประการหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพคือ ไม่มีสิ่งที่เรียกว่าเวลาสัมบูรณ์ (Absolute Time) นาฬิกาบนพื้นผิวโลกจะเดินช้ากว่านาฬิกาในวงโคจรเนื่องจากผลกระทบของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นเหตุว่าทำไมดาวเทียม GPS จึงต้องคำนึงถึงสัมพัทธภาพด้วย

การกำหนดความแตกต่างในการบอกเวลาของดวงจันทร์และโลกทำให้เกิดความซับซ้อนมากขึ้น ดวงจันทร์กำลังเคลื่อนที่สัมพันธ์กับจุดใด ๆ บนพื้นผิวโลกเนื่องจากการหมุนและวงโคจรรอบโลก ซึ่งหมายความว่า นาฬิกาบนดวงจันทร์ทุกเรือนจะดูเหมือนเดินช้าลงจากมุมมองของเรา นอกจากนี้ นาฬิกาบนดวงจันทร์ทุกเรือนยังได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และของโลกด้วย

การจัดการผลกระทบของทฤษฎีสัมพัทธภาพเหล่านี้อย่างเหมาะสมต้องอาศัยการเลือกกรอบอ้างอิงที่เหมาะสม แอชบีและพัทลาแก้ปัญหานี้โดยยอมรับว่า ระบบโลก-ดวงจันทร์กำลังตกอย่างอิสระ คือเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์เท่านั้น โดยแต่ละดวงโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถกำหนดส่วนประกอบจากความซับซ้อนแต่ละอย่างได้ เช่น การหมุนของวัตถุแต่ละชิ้น แรงน้ำขึ้นน้ำลง การเบี่ยงเบนของรูปร่างจากทรงกลมสมบูรณ์ เป็นต้น

แอชบีและพัทลายังคำนวณเวลาจากตำแหน่งที่มีแรงดึงดูดเสถียรในวงโคจรระหว่างโลกและดวงจันทร์ ซึ่งเรียกว่าจุดลากรองจ์ (Lagrange Point)

คงจะต้องใช้เวลาหลายปีหรือหลายทศวรรษกว่าที่ดวงจันทร์จะมีมนุษย์และหุ่นยนต์มากพอที่จะต้องใช้ระบบบอกเวลาที่แม่นยำ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรตระหนักดีว่า การมีเวลาตามมาตรฐานของดวงจันทร์มีความสำคัญมาก และปัจจุบัน พวกเขาได้ก้าวไปสู่ขั้นตอนแรกที่ยากลำบากในการรู้ว่าตอนนี้เป็นเวลาเท่าไรแล้วบนดวงจันทร์

 

เรียบเรียงจาก Eos.org