月球上现在几点?

未来十年，月球探索将再度兴起，包括数十项任务和在月球上建立永久基地的计划。这些努力带来了无数挑战。其中有一个微妙但基本的问题，全世界的计量学家都在努力回答:月球上现在是几点?

马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的定位、导航和计时团队负责人、航空航天工程师谢丽尔·格拉姆林(Cheryl Gramling)说:“我们才刚刚开始布局。”

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月球目前没有独立的时间。每个月球任务都使用自己的时间刻度，通过地球上的处理人员与协调的世界时联系起来utC -地球时钟设定的标准。但这种方法相对不精确，探索月球的航天器不会彼此同步时间。当月球上有几个独立的任务时，这种方法是可行的，但当多艘飞船一起工作时，就会出现问题。太空机构还希望利用依赖于精确授时信号的卫星导航来跟踪它们。

目前还不清楚统一的月球时间会以什么形式出现。地球和月球上的时钟自然地以不同的速度滴答，因为这两个天体的引力场不同。官方的月球时间可以基于与之同步的时钟系统utc，或者它可以独立于地球时间。

2022年11月，来自世界各地太空机构和学术组织的代表在位于荷兰诺德维克的欧洲航天局(ESA)欧洲空间研究和技术中心开会，开始起草关于如何定义月球时间的建议。

国际度量衡局(Sèvres, France)时间部门负责人Patrizia Tavella说，必须尽快做出决定。她说，如果官方没有确定月球时间，航天机构和私营公司将会提出自己的解决方案。“这就是为什么我们现在要提出警告，让我们共同努力，做出共同的决定。”

跟踪卫星

对月球时间最紧迫的需求来自于为月球创建一个专用的全球卫星导航系统(GNSS)的计划，类似于GPS和其他卫星导航网络在地球上实现精确位置跟踪的方式。太空机构计划从2030年左右开始安装这种月球GNSS。欧洲航天局于2022年11月22日和23日在巴黎举行的部长级理事会会议上批准了一个名为“月光”的月球卫星导航项目，美国宇航局于去年1月建立了一个类似的项目，名为“月球通信中继和导航系统”。

到目前为止，月球任务都是通过在预定时间向地球上的大型天线发送无线电信号来确定它们的位置。但戈达德中心从事月球导航的工程师乔尔·帕克(Joel Parker)表示，由于计划进行数十项任务，“资源不足以覆盖所有人”。

作为第一步，从2024年开始，欧洲航天局和美国宇航局将尝试使用来自地球航天器的微弱卫星导航信号来确定月球上的位置。接下来，月球GNSS项目计划在月球周围放置专用卫星，每个卫星都包含自己的原子钟(参见“月球上的卫星导航”)。例如，月球表面的接收器将利用卫星信号到达的时间对其位置进行三角测量。欧空局已经计划了一个由四艘宇宙飞船组成的初始星座，将覆盖月球南极的导航，那里拥有大量的月球水，是一个重要的探索目标，Jörg哈恩说，他是欧空局“月光”项目的工程师。

哈恩说，月球任务也需要一个官方的月球时间来进行合作和交流。“所有这些都必须追溯到一种时间参照物，否则就会出现混乱，事情无法协同工作。”

哈恩说，另一个悬而未决的问题是，宇航员是否会在月球上的任何地方使用统一的月球时间。尽管月球时间仍将是官方的时间尺度，但它的用户可能会像在地球上一样，希望用与太阳在天空中的位置有关的时区来抵消它。这与其说是计量学家的问题，不如说是一个惯例问题。“当有人真的住在月球上时，我认为这是有道理的，”他说。

描述时间

定义月球时间并不简单。虽然秒的定义在任何地方都是一样的，但广义相对论指出，在更强的引力场中，时钟走得更慢。月球的引力比地球的弱，这意味着，对于地球上的观察者来说，月球上的时钟会比地球上的时钟跑得快。格拉姆林估计月球时钟在24小时内会增加56微秒。塔维拉说，与地球上的时钟相比，由于月球的自转，时钟的速度也会随着它在月球表面的位置而发生微妙的变化。“这是相对论专家的天堂，因为你必须考虑这么多事情，”她补充道。

定义一个月球标准，并与所有的时钟进行比较，将涉及安装至少三个以月球自然速度滴答作响的主时钟，其输出由一种算法组合，以生成更准确的虚拟时钟(参见“如何建造月球时钟”)。

接下来会发生什么取决于计量学家的选择。他们可能会决定以月球时间为基础utc．在这种情况下，这个虚拟月球时间将与地球时间定期同步utc．在检查期间，月球主时钟将继续标记时间，直到下一次同步。这样做的好处是让地球上的用户可以简单地进行交互。

另一种方法是使用月球原子钟的合成输出作为月球自己独立的连续时间，并追踪它与地球的关系utc．格拉姆林说，这样一来，即使月球与地球失去了联系，月球上的时钟仍然会彼此一致，并允许安全的航行和通信。建立一个独立的时间模型也适用于太空机构最终瞄准的更遥远的行星，比如火星。传输utc她补充说，那里的情况比去月球要复杂得多。

在这种情况下，月球上的天数甚至可以与地球上的天数定义不同，因为从太阳正午到太阳正午的平均时间为29.5个地球日。地球日对宇航员来说一直很重要，因为人类对睡眠的需求大约是24小时一个周期。但是这个定义需要计量学家们达成一致。

美国宇航局的猎户座宇宙飞船抵达月球-图片

计量学家还需要决定把主时钟放在月球上的什么地方。就像在地球上一样，设备的高度会影响滴答的速度。哈恩说，这些时钟可能在月球轨道上，也可能在月球表面。“这就是我们目前正在与NASA同事讨论的问题。”

各航天机构还在考虑其他必要的标准，例如使用哪些月球地形地图和坐标系统进行导航，这些标准是通过机构间业务咨询小组、国家航天机构理事会和联合国全球导航卫星系统国际委员会制定的。Gramling说，为了使不同国家的系统可互操作，参考系统必须在国际上达成一致。

在欧空局的帮助下，NASA正在开发一个名为LunaNet的框架，并希望得到国际社会的支持。月球网由一系列规则组成，这些规则将使所有月球卫星导航、通信和计算系统形成一个类似于互联网的单一网络，而不管它们是由哪个国家安装的。设定月球时间是更大的计划的一部分。

“我们的想法是建立一个太阳系互联网，”Gramling说。“第一部分是在月球上。”