ربما تكون أكبر، وأكثر الأمور تعقيدًا في كوننا هي الصعوبة الكامنة في قياس الزمن: الثواني تمر بشكل أسرع قليلاً على قمم الجبال مقارنةً بالسهول.
لأغراض عملية، لا يحتاج معظم الناس للقلق بشأن هذه الفروقات. لكن السباق الجديد إلى الفضاء دفع الولايات المتحدة وحلفائها، بالإضافة إلى الصين، إلى إنشاء مستوطنات دائمة على القمر، مما أعاد تسليط الضوء على غموض الزمن.
التحديات الزمنية على القمر
على سطح القمر، سيكون اليوم الأرضي أقصر بنحو 56 ميكروثانية، وهو رقم صغير يمكن أن يؤدي إلى تناقضات كبيرة مع مرور الوقت. تتعاون وكالة ناسا وشركاؤها الدوليون حاليًا لمعالجة هذه المشكلة.
الهدف من تطوير نظام زمني جديد
هدف الوكالة هو العمل مع الشركاء الدوليين لوضع طريقة جديدة لتتبع الزمن على القمر، بحيث توافق عليها الدول التي تستكشف الفضاء. مذكرة حديثة من البيت الأبيض وجهت ناسا لتحديد خططها لهذا النظام الجديد بحلول 31 ديسمبر، واعتبرته "أساسيًا" للجهود الأميركية المتجددة لاستكشاف سطح القمر. كما تطلب المذكرة تنفيذ هذا النظام بحلول نهاية عام 2026، وهو العام الذي تستهدف فيه ناسا إعادة رواد الفضاء إلى القمر لأول مرة منذ خمسين عامًا.
أهمية الدقة الزمنية للرواد
ستكون الأشهر المقبلة حاسمة لمراقبي الزمن في العالم لتحديد كيفية الاحتفاظ بالوقت على القمر بدقة. سيكون هذا الإطار حاسمًا للبشر الذين يزورون أقرب جيرانهم السماويين. على سبيل المثال، سيتعين على رواد الفضاء على القمر مغادرة أماكن سكنهم لاستكشاف السطح وإجراء تحقيقات علمية، كما سيتواصلون مع بعضهم البعض أثناء قيادتهم للسيارات القمرية. "يجب أن يكون الزمن نسبيًا بالنسبة للقمر".
تاريخ قياس الوقت على الأرض
تتبع الإنسان الوقت باستخدام الساعات الشمسية أو التكوينات الحجرية، ولكن قياس الثواني أصبح أكثر تعقيدًا بعد ظهور نظريات أينشتاين.
قال الدكتور بروس بتس، العالم الرئيسي في جمعية الكواكب، إن "أينشتاين هو من أوجد نظرية النسبية العامة، وقد نتج عن ذلك العديد من الظواهر الغريبة، واحدة منها هي أن الجاذبية تبطئ الزمن". تُعَد نظرية النسبية العامة إطارًا يشرح كيف تؤثر الجاذبية على الزمان والمكان.
الحلول الحديثة لمشاكل قياس الوقت
لقد وجد العلماء حلاً حديثًا لكل تعقيدات النسبية في قياس الزمن على الأرض: تم إعداد بضع مئات من الساعات الذرية في مواقع مختلفة حول العالم. تستخدم هذه الساعات اهتزاز الذرات لقياس مرور الوقت، وتتباطأ بشكل طفيف عند الاقتراب من سطح الأرض. تُجمع قراءات الساعات الذرية للحصول على توقيت عالمي دقيق يُعرف بالوقت العالمي المنسق (UTC)، مع إضافة "ثوانٍ كبيسة" أحيانًا لتنسيق الوقت مع التغييرات الطفيفة في سرعة دوران الأرض.
تعقيدات الزمن في الفضاء
إذا كان الزمن يتحرك بشكل مختلف على قمم الجبال مقارنة بشواطئ المحيط، يمكنك أن تتخيل أن الأمور تصبح أكثر غرابة كلما ابتعدت عن الأرض. وفقًا لنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين، يتباطأ الزمن أيضًا كلما زادت سرعة الشخص أو المركبة الفضائية.
على الرغم من أن رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية يدورون حول الأرض بسرعة عالية، فإن تأثيرات النسبية تتوازن، مما يسمح لهم باستخدام توقيت الأرض بسهولة. ولكن بالنسبة لمهام أخرى، تكون الأمور أكثر تعقيدًا، حيث تعتمد المركبات الفضائية على ساعات خاصة وتنسيق مع الوقت العالمي المنسق (UTC).
البحث عن إطار زمني جديد للقمر
لكن تلك المركبات الفضائية تعتمد أيضًا على توقيتها الخاص. فمثلاً، تحتاج المركبات التي تستكشف أعماق النظام الشمسي إلى معرفة الوقت المحدد بناءً على مقياس الوقت الخاص بها عند الاقتراب من كوكب ما، وذلك لاستخدام الجسم الكوكبي لأغراض الملاحة. على مدى 50 عامًا، تمكن العلماء من مراقبة الساعات الذرية الموجودة في أقمار GPS، مما منحهم نقطة انطلاق ممتازة لتأسيس مقياس زمني جديد للقمر.
القياسات الدقيقة على القمر
أما بالنسبة للقمر، فإن العلماء من المحتمل ألا يسعوا إلى إبطاء الساعات. بل يأملون في قياس الوقت القمري بدقة كما هو، مع التأكد من أنه يمكن ربطه بوقت الأرض. حاولت دراسة حديثة تحديد المسافة الدقيقة بين وقت القمر ووقت الأرض، حيث تباينت التقديرات بين 56 و59 ميكروثانية يوميًا.
"لا يمكنك الوثوق بساعة واحدة أبدًا"، أضافت غراملين. "ولا يمكنك الوثوق بساعتين." يمكن وضع ساعات من أنواع مختلفة داخل أقمار صناعية تدور حول القمر أو في المواقع الدقيقة على سطح القمر التي سيزورها رواد الفضاء يومًا ما.
التحديات الاقتصادية لتكنولوجيا الساعات
أما بالنسبة للأسعار، فقد تصل تكلفة ساعة ذرية مناسبة للسفر إلى الفضاء إلى بضعة ملايين من الدولارات، في حين أن كريستال أوسيلاتور تكون أرخص بكثير. ومع ذلك، أوضح باتلا أن ما تدفعه ينعكس على الجودة.
فيما يتعلق بكيفية تجربة رواد الفضاء للوقت على سطح القمر، فإن الأمر مختلف تمامًا عن الأرض. على كوكبنا، يتم تحديد مفهوم اليوم بدورة دوران الأرض التي تستغرق 24 ساعة. لكن على القمر، تتلقى المناطق الاستوائية نحو 14 يومًا من الضوء تليها 14 يومًا من الظلام. يتحدث علماء مثل بروس بتس عن التحديات التي قد تواجهها ناسا عند الهبوط على القمر، وخاصة في المناطق القطبية الجنوبية التي تحتوي على مناطق مضيئة وظليلة بشكل دائم، مما يضيف طبقة إضافية من التعقيد.
التكيف مع الحياة على القمر
سيتطلب العيش والعمل على القمر من رواد الفضاء تكييفًا كبيرًا، كما أشار بتس. يعد قياس الوقت بدقة أمرًا ضروريًا لضمان نجاح البعثات على القمر وتسهيل إنشاء البنية التحتية اللازمة. ستسمح المعرفة المكتسبة من الوقت على الأرض للعلماء بتطوير نظام زمني فعال على القمر، مما يعدهم أيضًا لمهام مستقبلية على كوكب المريخ أو أجسام أخرى في النظام الشمسي، وفقا لموقع "الاتحاد".