달에서의 시간 개념과 정확한 시간 유지의 중요성

아마도 우리 우주의 가장 크고, 마음을 아프게 하는 특이한 점은 시간을 맞추는 것에 내재된 문제일 것입니다: 지구의 계곡에서보다 약간 더 빠르게 산 위에서 몇 초씩 똑딱거립니다. 실용적인 목적을 위해 대부분의 사람들은 이러한 차이에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 하지만 다시 시작된 우주 경쟁은 중국뿐만 아니라 미국과 그 동맹국들이 달에 영구적인 정착지를 만들기 위해 달려가고 있으며, 그것은 다시 한번 시간의 특이점을 전면에 내세웠습니다. 달 표면에서 지구의 하루는 우리의 고향 행성보다 약 56 마이크로초 짧을 것입니다. 이는 시간이 지남에 따라 상당한 불일치를 초래할 수 있는 작은 숫자입니다. NASA와 국제 파트너들은 현재 이 난제를 해결하고 있습니다. 과학자들은 몇몇 헤드라인들이 시사한 것처럼 달에 새로운 "시간대"를 만들기를 기대하고 있지 않다고 메릴랜드에 있는 나사의 고다드 우주 비행 센터의 달의 위치, 항해, 그리고 시간과 기준의 선도자인 셰릴 그램링이 말했습니다. 오히려, 그램링은 우주국과 그것의 파트너들이 달에서 몇 초가 더 빠르게 지나갈 수 있다는 사실을 설명하는 완전히 새로운 "시간대", 즉 측정 시스템을 만들기를 기대하고 있다고 말했습니다. 이 기관의 목표는 국제 파트너들과 협력하여 우주를 여행하는 국가들이 관찰하기로 동의하는 달의 시간을 추적하는 새로운 방법을 세우는 것입니다. 백악관의 최근 메모는 또한 NASA가 달 표면을 탐험하기 위한 미국의 노력을 새롭게 하는 것을 "기반"이라고 부르며 12월 31일까지 새로운 시간 척도에 대한 계획을 세우도록 지시했습니다. 메모는 또한 NASA가 50년 만에 처음으로 달에 우주 비행사들을 복귀시키는 것을 목표로 하고 있는 같은 해인 2026년 말까지 그러한 시스템을 시행할 것을 요청합니다. 세계의 시간 관리자들에게, 앞으로 몇 달은 달의 시간을 정확하게 지키는 방법과 달에 시계를 어떻게, 언제, 어디에 둘 것인지에 대한 합의에 도달하는 데 중요할 수 있습니다. 그램링은 이러한 구조는 가장 가까운 천체 이웃을 방문하는 인간에게 매우 중요할 것이라고 말했습니다. 예를 들어, 달의 우주 비행사들은 표면을 탐험하고 과학 조사를 수행하기 위해 서식지를 떠날 것이라고 그녀는 말했습니다. 그들은 또한 달의 표면에서 서로 의사소통을 하거나 달의 부스러기를 운전할 것입니다. "그들이 달에 대해 상대적으로 항해할 때, " 그램링은 "시간은 달에 대해 상대적일 필요가 있습니다"라고 말했습니다.

 

달에서의 시간 개념과 정확한 시간 유지의 중요성

 

지구시간의 간략한 역사

태양이 머리 위를 지나갈 때 그림자를 추적하는 간단한 해시계나 돌의 형성은 달의 변화하는 단계가 지구에서 한 달이 지나가는 것을 기록할 수 있는 것처럼 하루의 진행을 표시합니다. 이러한 자연스러운 시간 관리자들은 인간들을 수천 년 동안 일정에 맞추게 했습니다. 그러나 아마도 14세기 초에 기계 시계가 견인력을 얻은 이후로 시계 제조업체들은 정밀도에 대해 훨씬 더 까다로워졌습니다. 또한 1900년대 초 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론으로 과학계를 뒤흔든 독일 태생의 물리학자 알버트 아인슈타인 덕분에 초의 측정을 정확하게 하는 것도 더욱 복잡해졌습니다. "아인슈타인의 이런 남자 – 그는 일반 상대성 이론을 생각해 냈고, 많은 이상한 것들이 나왔습니다," 라고 비영리 우주 이익 단체인 행성 협회의 수석 과학자 브루스 베츠 박사가 말했습니다. "그들 중 하나는 중력이 시간을 늦춘다는 것입니다." 일반 상대성 이론은 복잡하지만, 넓은 의미에서 중력이 공간과 시간에 어떤 영향을 미치는지 설명하는 틀입니다. 우리 태양계가 공중에 떠 있는 천 조각이라고 상상해 보세요. 그 천은 공간과 시간 그 자체이며, 아인슈타인의 이론에 따르면 이는 불가분의 관계입니다. 태양에서 행성에 이르기까지 태양계 내의 모든 천체는 천의 맨 위에 앉아 있는 무거운 공과 같습니다. 공이 무거울수록 더 깊은 디봇을 만들어 시공간을 뒤틀게 합니다. 지구상에서 "두 번째"라는 개념조차도 측정하기 어려운 인간이 만든 개념입니다. 그리고 왜 낮은 고도에서 시간이 조금 더 느리게 지나가는가를 설명한 것은 아인슈타인의 일반 상대성 이론인데, 중력은 거대한 물체에 더 가까운 더 강한 영향을 미치기 때문입니다. 과학자들은 지구의 시간을 측정하기 위한 상대성 이론의 모든 복잡성에 대한 현대적인 해결책을 발견했습니다: 감지할 수 없는 차이를 설명하기 위해, 그들은 전세계의 다양한 장소들에 수백 개의 원자시계를 설치했습니다. 원자시계는 시간의 흐름을 측정하기 위해 원자의 진동을 사용하는 초정밀 기구이고, 그 시계들은 - 아인슈타인의 이론에 따라 - 지구의 표면에 가까이 앉을수록 똑딱거려요. 전 세계의 원자시계에서 나오는 판독값은 행성 지구 전체의 가능한 한 광범위하지만 정확한 시간 감각의 평균이 될 수 있으며, 이는 우리에게 UTC (세계 표준시) 또는 UTC를 제공합니다. 여전히 때때로 "도약초"는 UTC를 지구의 회전 속도의 약간의 변화에 맞추기 위해 고려됩니다. 이러한 체계적인 시간의 보관은 은유적으로 말해서 현대 세계를 돌아가게 하는데 도움이 된다고 NASA는 말했습니다. "만약 여러분이 지구의 시간을 연구했다면, 여러분은 지구가 경제, 식량 안보, 무역, 금융 공동체, 심지어 석유 탐사와 같은 모든 것에 중요한 조력자라는 것을 깨닫게 될 것입니다. 그것들은 정확한 시계를 사용합니다"라고 코긴스는 말했습니다. "현대 사회에서 중요한 것은 모든 것에 있습니다."

 

달 탐사용 정밀 시간 측정을 위한 과학자들의 노력

산봉우리에서 시간이 바다의 해안가와 다르게 움직인다면, 지구에서 멀어질수록 사물이 더욱 기이해지는 것을 상상할 수 있습니다. 더 복잡한 것은 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 사람이나 우주선이 더 빨리 움직일수록 시간도 더 느리게 간다는 것입니다. 예를 들어, 국제 우주 정거장에 있는 우주 비행사들은 운이 좋다고 미국 국립 표준 기술 연구소의 이론 물리학자인 비주나트 파틀라 박사가 전화 인터뷰에서 말했습니다. 비록 이 우주 정거장은 지구 표면 위 약 200 마일 궤도를 돌고 있지만, 또한 지구를 하루에 16번 도는 고속으로 여행하기 때문에 상대성 이론의 영향은 서로에게 어느 정도 상쇄된다고 파틀라 박사는 말했습니다. 이러한 이유로, 궤도를 도는 실험실에 있는 우주 비행사들은 일정에 맞추기 위해 지구 시간을 쉽게 사용할 수 있습니다. 다른 임무의 경우에는 그렇게 간단하지 않습니다. 다행스럽게도, 과학자들은 이미 수십 년 동안 복잡성과 씨름해 온 경험을 가지고 있습니다. 예를 들어, 우주선에는 발진기라고 불리는 고유의 시계가 장착되어 있다고 그램링은 말했습니다. 그램링은 "그들은 자신들만의 시간을 유지합니다"라고 말했습니다. "그리고 명왕성이나 뉴호라이즌스처럼 카이퍼 벨트에서 멀리 떨어져 있는 우주선들까지도, 우리가 하는 우주선 대부분은 지구로 돌아오는 지상 관측소에 의존합니다. 따라서 그들이 하는 모든 것은 UTC와 상관관계가 있어야 합니다." 하지만 이 우주선들은 또한 자신들이 보관한 시간에 의존한다고 그램링 박사는 말했습니다. 예를 들어 태양계 깊숙한 곳을 탐험하고 있는 차량들은, 이 우주선이 항해 목적으로 이 행성체를 사용해야 할 경우를 대비해, 자신들의 시간 척도에 근거해, 행성에 접근할 때를 알아야만 한다고 그녀는 덧붙였습니다. 50년 동안, 과학자들은 또한 GPS 위성에 끼워진 원자시계를 관찰할 수 있었습니다. GPS 위성은 지구의 궤도를 12,550 마일 떨어진 곳에 있습니다. 즉, 우리의 행성과 달 사이의 거리의 약 19분의 1에 해당합니다. 이 시계들을 연구하는 것은 과학자들이 달의 새로운 시간 척도를 설정하기 시작하면서 추가적인 추정을 시작할 수 있는 좋은 출발점이 되었다고 Patla는 말했습니다. "우리는 GPS 시계를 지상의 시계와 쉽게 비교할 수 있습니다, "라고 Patla 가 말했고, 과학자들이 GPS 시계의 속도를 부드럽게 늦추고 지구로 향하는 시계와 더 일치하도록 만드는 방법을 발견했다고 덧붙였습니다. "분명히, GPS 시계는 말처럼 쉽지는 않지만, 엉망진창으로 만드는 것보다는 쉽습니다." 그러나, 달의 경우, 과학자들은 시계의 속도를 늦추는 것을 추구하지 않을 것입니다. 최근 달의 시간에 대한 체계를 자세히 설명하는 논문을 공동 집필한 Patla에 따르면, 과학자들은 달의 시간을 그대로 정확하게 측정하기를 바라고 있습니다. 기록을 위해 이 연구는 또한 달과 지구 시간이 정확히 얼마나 떨어져 있는지를 정확히 파악하려고 시도했는데, 이는 추정치가 하루에 56에서 59 마이크로초 사이에서 흔들렸기 때문입니다. 논문에 의하면, 달의 적도에 있는 시계들은 지구의 적도에 있는 시계들보다 하루에 56.02 마이크로초 더 빨리 똑딱거릴 것이라고 합니다. 달시계 과학자들이 확실히 알고 있는 것은 달까지 정확한 시간 측정 도구를 얻을 필요가 있다는 것입니다. 정확히 누가 달 시계 비용을 지불하고, 어떤 종류의 시계가 갈 것인지, 그리고 어디에 위치할 것인지에 대한 모든 질문은 여전히 남아 있다고 그램링은 말했습니다. "우리는 이 모든 것을 해결해야 합니다," 라고 그녀가 말했습니다. "저는 우리가 아직 모른다고 생각합니다. 저는 그것이 여러 다른 것들의 융합이 될 것이라고 생각합니다." 그램링은 원자시계는 장기적인 안정성에 좋고 수정 진동자는 단기적인 안정성에 유리하다고 지적했습니다. "여러분은 결코 한 개의 시계를 신뢰하지 않습니다, "라고 그램링이 덧붙여 말했습니다. "그리고 여러분은 두 개의 시계를 절대 신뢰하지 않습니다." 다양한 종류의 시계들이 달 주위를 도는 위성들 안에 혹은 언젠가 우주 비행사들이 방문할 달 표면의 정확한 위치들에 배치될 수 있을 것입니다. 가격에 관해 말하자면, 우주여행에 적합한 원자시계는 수정 진동자들이 상당히 저렴하게 들어올 수 있기 때문에, 그램링에 따르면 약 수백만 달러가 들 수 있습니다. 하지만 패틀라가 말하길, 당신은 당신이 지불한 것을 얻습니다. "아주 저렴한 진동자들은 밀리초 단위로 꺼질 수도 있고 심지어 10초 단위로 꺼질 수도 있습니다, "라고 그가 덧붙여 말했습니다. "그리고 이것은 중요한 이유는 항해 목적을 위해서는 시계들이 나노초의 10초 단위로 동기화될 필요가 있기 때문입니다." 지구의 UTC에서 원자시계가 하는 것처럼 달의 시계 네트워크는 새로운 달 시간 척도를 알려주기 위해 협력할 수 있습니다. 그램링은 달에는 다른 시간대가 존재하지 않을 것이라고 덧붙였습니다. "다른 시간대를 만드는 것에 대한 대화가 있었습니다. '아니요'라는 대답이 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. "하지만 그것은 미래에 바뀔 수 있습니다." 새로운 시간 척도는 NASA와 그 동맹국들이 루나넷이라고 부르는 달 네트워크 전체를 뒷받침할 것입니다. "여러분은 루나넷을 인터넷처럼 생각할 수 있습니다. 혹은 인터넷과 세계적인 항법 위성 시스템을 모두 합친 것을 생각할 수 있습니다"라고 그램링은 말했습니다. 그것은 "NASA나 유럽 우주국과 같은 루나넷의 기여자들이 따를 표준의 틀입니다." "그리고 기여자들을 여러분의 인터넷 서비스 제공자로 생각할 수 있습니다."라고 그램링은 덧붙였습니다. 그러한 틀을 만든다는 것은 전 세계의 많은 사람들을 테이블로 불러들이는 것을 의미합니다. 지금까지 그램링은 미국 파트너들과의 대화는 "매우, 매우 긍정적"이었다고 말했습니다 유럽우주국을 포함한 나사와 이 노력에 대한 파트너들이 중국과 같은 미국의 동맹국이 아닌 국가들로부터 인수를 받을지는 확실하지 않습니다. 그램링은 이러한 대화가 국제천문연맹과 같은 국제 표준 제정 기구를 통해 열릴 것이라고 언급했습니다.

 

달의 시간 개념과 우주 비행사들의 시간 경험

정확한 시계 바늘은 문제입니다. 하지만 달 표면에서 살고 일하는 미래의 우주 비행사들이 시간을 어떻게 경험할지는 전혀 다른 문제입니다. 지구상에서 우리의 하루에 대한 감각은 행성이 24시간마다 한 번의 자전을 완료하여 대부분의 지역에 낮과 어두워진 밤의 일관된 주기를 제공한다는 사실에 의해 지배됩니다. 그러나 달에서는 적도가 약 14일의 햇빛을 받고 14일의 어둠을 받습니다. "그것은 단지 달에 있는 매우, 매우 다른 개념일 뿐입니다"라고 베츠는 말했습니다. "그리고 NASA는 여러분이 영구적으로 불을 밝히고 영구적으로 그림자를 드리운 달의 매우 흥미로운 남극 지역에 우주 비행사들을 착륙시키는 것에 대해 이야기하고 있습니다. 따라서, 그것은 완전히 다른 일련의 혼란입니다.""그것은 그 우주비행사들에게 도전적일 것입니다"라고 베츠는 덧붙였습니다. "그것은 지구와 매우 다르며, 그것은 단지 완전히 다른 사고방식입니다." 그것은 우주 비행사의 시계에 몇 시에 표시되든 사실입니다. 그럼에도 불구하고, 정확한 시간 유지는 달에서의 시간 경과를 과학적으로 이해하기 위해서뿐만 아니라 임무를 수행하는 데 필요한 모든 기반 시설을 설치하기 위해서도 중요합니다. 시간 척도를 처음부터 만드는 것의 아름다움은 과학자들이 지구에서의 시간 유지에 대해 배운 모든 것을 가져다가 달의 새로운 시스템에 적용할 수 있다는 것이라고 그램링은 말했습니다. 그리고 만약 과학자들이 달에서 그것을 바로 잡을 수 있다면, NASA가 우주 비행사들을 태양계에 더 깊이 보내는 목표를 달성한다면, 그들은 나중에 그것을 바로 잡을 수 있을 것이라고 그녀는 덧붙였습니다. "우리는 우리가 배울 수 있는 것을 배우면서 달에서 이것을 실행하는 것을 매우 많이 보고 있습니다, "라고 그램링이 말했습니다, "그래서 우리는 화성이나 다른 미래의 신체에서도 같은 일을 할 준비가 되어 있습니다."