科学家发现月球上钟表走得更快 会影响月球任务 现在要给它配置时间
科学家发现月球上钟表走得更快 会影响月球任务 现在要给它配置时间
之所以要在2026年底之前完成这项工作，是因为美国阿耳忒弥斯3号任务计划不早于 2026 年将载人宇航员送至月球南极附近，到时美国的宇航员和航天器正好就可以使用这个月球的时间系统。那么，有趣的问题是，为什么这次登月需要专门创建月球的标准时间，之前的阿波罗登月任务没有月球标准时间不也挺好的吗？阿波罗登月的时候确实没有使用月球的时间当时宇航员的手表同步的是休斯顿所在时区的时间（火箭发射地），但月球标准时间确实有必要，甚至是不可或缺的，主要原因是时间在现代科技领域扮演着最至关重要的角色，而月球的时间流逝方式和地球并不一样，这会导致一些工作出错或者无法开展。月球上的钟表走得更快由于潮汐锁定，月球有一面永远对着我们，所以可能有些人认为月球不会有白天和黑夜的变化。实际上月球也在自转，太阳也会照到它不同区域，所以月球是有昼夜之分的，只是因为潮汐锁定，它的自转和公转周期保持一致，相当缓慢，它的白天和黑夜都差不多有2周左右时间。地球的一天24小时是根据白天黑夜定义的，这似乎不是很适合月球，这是制定月球标准时间的原因之一，但并不是主要原因。最主要的原因是月球的引力比地球小很多，这导致那里的时间走得比地球上更快，如果在月球的航天器或者宇航员同样引用地球标准时间的话，那么每天那里的表都会快走大约 58.7 微秒（后面我会解释为什么这个误差无法接受），这个就是所谓的时间膨胀。爱因斯坦是最早发现这一点的科学家，他最初相信光速是恒定的，并以此推导出狭义相对论。爱因斯坦对光速不变的解释是，光速对任何参考系都是不变的，无论你多快，光速相对你都不变。图：移动火车A射出的箭比禁止的B会快，但光速不同，它是一样的不仅如此，如果有两个人同时移动，无论这两个人的速度相差多少，光速相对这两个人都是一样的，比如你以99%光速移动，而另外一个人以1%的光速移动，但是光速相对你们两个人的速度都是一样的。这个很难理解，非常反直觉，但是爱因斯坦天才地方就是找到了解释方案，他认为在运动过程中时间发生了变化。你的时间和另外一个人的时间是不一样的，你的速度更快，则时间流逝更慢，所以你看到的光速和另外一个人看到的光速一样。这就是狭义相对论，它解释了速度的时间膨胀，这个已经在观测实验中得到验证。由于空间站的速度更快，所以上面携带的原子钟记录下了更慢的时间，另外科学家也已经用原子钟观察到速度低于10米每秒的速度时间膨胀。在狭义相对论之后，爱因斯坦又开始思考引力，他同样用时间的相对流逝解释了引力的本质，这便是广义相对论。我们可以不用理解广义相对论具体内容，只需要知道引力也会导致时间膨胀，而且是你处在引力越大的地方时间流逝越慢。这点同样已经通过原子钟观察到高度差仅为1米的地球表面的引力时间膨胀，这个实验和我前文提到的“10米每秒的速度时间膨胀”都是在2010年就已经完成的。月球引力和地球不一样，所以时间自然就不一样了，时间膨胀可以通过公式计算出来，我这边找到现成的答案，月球上每天会比地球快58.7 微秒一年差不多少快个0.02秒。那么，现在还有一个问题，真的有必要为了这一年的0.02秒误差来设置一个月球独立的时间吗？为什么同步非常重要？如果你经常使用计算机并试图解决一些计算机上网故障的话，你可能会涉及到把时间同步一下的操作。我个人这样操作过很多次，特别是计算机普及度还不是很高的年代，每次网络无法连接的时候，通常只要重新同步一下电脑的时间，就可以正常上网了。老实说，我并不知道其中的原因，也从来没有去了解过为什么同步时间就可以重新上网，但是为了写这篇文章，我简单了解了下其中的原因。其实为了互联网的安全，保护你我的个人隐私，以及你的个人电脑访问服务器时免受第三方攻击，这里有一个所谓的公钥证书系统，在你每次访问网站时它都会给你建立一个远程方的身份证书，从而提高安全系数。这个公钥证书系统的关键就是时间，如果你电脑的时间没有同步的话，就无法正确建立这个证书，自然就无法对外访问了。另外，我们现在许多线上交易，为了提高安全系数，有一个时间戳（其实现在文件、事件、图像等都引入了这个）概念指的是数据在某个特定时间点是完整存在过了，这样可以确保第三方在之后无法篡改这些数据。总得来说，如果你要在月球使用互联网相关的服务，就必须时间同步，不然数据会出错，如果要取消时间相关设定，那么安全就无法保障。你可能会问，我们的北京时间和其它地方时间难道是一样的吗？虽然，世界各个地区的人根据自己所在地球的位置来设置时间也就是所谓的时区，但全球所有时区都是根据单一协调世界时 (UTC) 定义的。协调世界时由位于法国巴黎的国际计量局制定，它使用全球各地的原子钟组合创建，这些原子钟将自己的时间输入巴黎中央实验室，以确保每个国家的时钟同步，这便是全球互联网的基础。不过，互联网和线上交易并不是唯一需要根据时间来运行的东西，实际上更为重要的是全球导航系统，它也是以时间为基础的，这个在月球任务中最为重要。我们知道导航是根据卫星实现的，而卫星判断你的位置是根据时间，卫星信号会比地面上的当前时间晚几分之一秒到达，因此可以利用时间差以惊人的精度确定一个人在地球表面的位置。在卫星导航中，要想获得准确的位置，需要达到纳秒级的误差水平才行，而就像我们前面提到的，月球和地球的时间误差有58.7 微秒，如果在月球上同样使用协调世界时的话，那么将会出现严重的位置偏差。以前的登月任务是粗糙的，任务也单一，没有精细化的运作，而21世纪的登月任务明显已经进入了一个要在月球长期工作的阶段，所以创建月球的标准时间是必要的，有些科学家甚至已经提出了要创建火星，以及其它天体的时间了。最后不过，关于月球标准时间还有一个关键的问题，那就是到底由谁来创建，或者由谁牵头。其实不仅美国国家航空航天局在做这件事情，欧空局也早就在做了由于大家都有自己的优先事项和愿景，这让创建月球标准时间变得相当复杂。 ...
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