Von Sonnenuhren und Wasseruhren bis hin zu moderner Atomzeitmessung, Methoden zur Zeitbestimmung auf der Erde – um die Grenze zwischen Tag und Nacht, Monat und Jahr usw. zu markieren. – haben sich über Jahrtausende entwickelt.
Jetzt bringen Wissenschaftler ihr technologisches Know-how auf den Mond, um dort und anderswo im Weltraum Zeitstandards zu etablieren.
Das Weiße Haus hat die NASA angewiesen, „Zeitstandards an und um andere Himmelskörper als die Erde festzulegen“ und die Agentur angewiesen, „bis Dezember 2026 eine Himmelszeitstandardisierung mit einem anfänglichen Schwerpunkt auf der Mondoberfläche zu entwickeln“.
Arun Bansil, angesehener Universitätsprofessor für Physik an der Northeastern University, sagt, dass die Zeit auf dem Mond etwas anders funktioniert, weil die Gravitationskraft dort schwächer ist als auf der Erde.
Northeastern Global News sprach mit Bansil, um mehr über die Wissenschaft hinter dem neuesten Projekt des Weißen Hauses zu erfahren. Seine Kommentare wurden aus Gründen der Kürze und Klarheit bearbeitet.
Verhält sich die Zeit auf dem Mond anders? Was ist mit anderen Planeten?
Das ist eine faszinierende Frage. Es mag bizarr erscheinen, dass sich die Zeit auf der Erde, dem Mond und anderen Teilen des Sonnensystems grundsätzlich nicht auf die gleiche Weise verhält. Zwei perfekt synchronisierte Uhren bleiben auf der Erde im Prinzip synchron. Wenn wir jedoch eine dieser Uhren zum Mond bringen, bleiben sie nicht mehr synchronisiert. Die Uhr auf dem Mond wird alle 24 Stunden um etwa 58 Mikrosekunden vorgehen. Die Uhren sind nicht defekt – die Zeit selbst läuft auf dem Mond schneller. Das bedeutet, dass ein auf dem Mond lebender Astronaut im Vergleich zur Erde eine um zwei Sekunden kürzere Lebensspanne hat, was vielleicht nicht viel klingt, aber Unsicherheiten im Mikrosekundenbereich würden verheerende Auswirkungen auf die Welt der elektronischen Kommunikation zwischen Satelliten und Raumstationen haben.
Warum verhält sich die Zeit auf der Erde und auf dem Mond unterschiedlich?
Das Verhalten der Zeit ist eine sehr greifbare, realweltliche Konsequenz von Einsteins großer Relativitätstheorie. Vor Einstein galten Raum und Zeit als unabhängige Einheiten, und eine Sekunde repräsentierte die gleiche Zeitspanne, die irgendwo im Universum verging. Einsteins tiefe Einsicht in die Funktionsweise der Natur veränderte diese klassische Sicht auf die Zeit durch die Entdeckung zweier revolutionärer Theorien: der Speziellen Relativitätstheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Die Spezielle Relativitätstheorie besagt, dass bewegte Uhren mit zunehmender Geschwindigkeit immer langsamer werden und fast zum Stillstand kommen, wenn wir uns der Lichtgeschwindigkeit nähern. Dieser Effekt ist im täglichen Leben schwer zu erleben, da wir im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit, die 186.000 Meilen pro Sekunde beträgt, nur auf Geschwindigkeiten stoßen, die winzig sind. In der atomaren Welt hingegen, wo die Teilchen mit Geschwindigkeiten ähnlich der Lichtgeschwindigkeit umherlaufen, sind große relativistische Effekte routinemäßig zu beobachten.
Die Allgemeine Relativitätstheorie bietet einen weiteren Mechanismus zur Verlangsamung der Zeit – technisch gesehen als gravitative Zeitdilatation. Die Schwerkraft kann den Raum verbiegen und damit die Zeit selbst verlangsamen, indem sie das Zeitgefüge ausdehnt oder dehnt. Da größere astronomische Objekte typischerweise schwerer sind, ist auch die Schwerkraft um sie herum größer und damit auch die damit verbundene Verlangsamung der Zeit. Beispielsweise ist die Schwerkraft auf dem Mond kleiner als auf der Erde, was dazu führt, dass die Uhren auf der Erde langsamer laufen als auf dem Mond. Aufgrund der größeren Masse des Jupiter werden die Uhren auf Jupiter noch langsamer laufen als auf der Erde.
Die tatsächlichen Unterschiede im Verhalten von Uhren werden auf kombinierte Effekte von Schwerkraft und Geschwindigkeit zurückzuführen sein, und diese Effekte werden bei verschiedenen astronomischen Objekten und in verschiedenen Teilen des Sonnensystems unterschiedlich sein.
Wie wird die Zeit in verschiedenen Teilen der Erde und zwischen Erde und Mond synchronisiert?
Es ist wichtig, dass die Zeit auf der ganzen Welt hoch synchronisiert bleibt, um Chaos auf den Finanzmärkten und in der elektronischen Kommunikation im Allgemeinen zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird die koordinierte Weltzeit (UTC) auf der Erde durch eine Reihe von mehr als 400 hochpräzisen, vernetzten Atomuhren aufrechterhalten, die über verschiedene Teile der Welt verteilt sind. Die fortschrittlichsten Atomuhren sind so präzise, dass sie über das Alter des Universums keine Sekunde verlieren. Da die Aktivität zwischen Erde und Mond zunimmt, ist es sinnvoll, eine genaue Standardzeitzone für den Mond zu entwickeln, was durch die Platzierung eines Netzwerks von Atomuhren auf der Mondoberfläche erreicht werden könnte.
