Pokud jste umístili dvoje naprostě identické atomové hodiny — jedny na zemský povrch a jedny na Měsíc — a zkontrolovali je po přesně jednom zemském dni, měsíční hodiny by byly dopředu přibližně o 56.02 mikrosekund. Není to vada na hodinách. Je to základní vlastnost vesmíru, kterou předpověděl Albert Einstein svojí obecnou teorií relativity před více než stoletím.
Gravitační Dilatace Času Vysvětlena
Einsteinova obecná relativita, zveřejněná v roce 1915, popisuje gravitaci ne jako sílu, ale jako zakřivení časoprostoru. Masivní objekty jako Země a Měsíc zakřivují tkaninu časoprostoru kolem sebe a toto zakřivení ovlivňuje, jak čas plyne.
Základní princip je jednoduchý: čím silnější je gravitační pole, tím pomaleji čas plyne. Tento efekt se nazývá gravitační dilatace času. Gravitace na zemském povrchu je přibližně 9.8 m/s², zatímco na Měsíci je pouze přibližně 1.62 m/s² — přibližně jedna šestina tak silná. Protože měsíční gravitační přitahování je slabší, je časoprostor tam méně zakřiven a hodiny plynou rychleji.
Číslo 56 Mikrosekund
Přesná rychlost, při které plynou měsíční hodiny rychleji, závisí na rozdílu gravitačního potenciálu mezi zemským povrchem a měsíčním povrchem, plus menší korekce na orbitální rychlost a Zemskou rotaci.
Gravitační modrý posun — hodiny plynou rychleji v slabší gravitaci — přispívá přibližně +58.7 mikrosekund za den. Měsíční orbitální rychlost (přibližně 1.022 km/s) však způsobuje malou dilataci času v opačném směru (efekt speciální relativity závislý na rychlosti), snižující čistý zisk přibližně o 2.7 mikrosekund za den. Kombinovaný výsledek je přibližně +56.02 mikrosekund za den.
Toto číslo bylo potvrzeno více nezávislými analýzami, včetně práce NASA's Jet Propulsion Laboratory a Národního Institutu pro Standardy a Technologii.
Není Teoretické — Je Měřeno
Gravitační dilatace času je jedním z nejpřesněji testovaných předpovědi ve fyzice. GPS satelity, které obíhají v přibližně 20,200 km nadmořské výšce, kde je gravitace slabší, získávají přibližně 45 mikrosekund za den v porovnání se zemským povrchem. Bez korekce by se GPS pozice driftovaly přibližně o 10 km za den.
Taž fyzika se vztahuje na Měsíc. Ačkoli jsme na měsíčním povrchu ještě neumístili atomové hodiny, je efekt vypočítán ze stejných dobře testovaných rovnic. Vzorec gravitační dilatace času dává předpovědi, které byly potvrzeny na lépe než jednu část z biliardy.
Proč 56 Mikrosekund Záleží
Pro každodenní lidské činnosti je 56 mikrosekund neznatelné. Ale pro přesné systémy se to rychle kumuluje:
Po měsíci jsou měsíční hodiny dopředu přibližně o 1.7 milisekundy. Po roce se posun zvýší na přibližně 20 milisekund. Od epochy J2000.0 (1. ledna 2000) akumulovaný posun překročil 0.5 sekund.
Pro navigaci cestuje světlo přibližně 300 metrů za mikrosekundu. Chyba synchronizace 56 mikrosekund odpovídá přibližně 16 metrům nejistoty polohy za den. Pro přesné přistání vyžadované misemi Artemis — zaměřením na konkrétní místa poblíž měsíčního jižního pólu — je tato úroveň posunu bez korekce neakceptovatelná.
To je přesně důvod, proč se Koordinovaný Měsíční Čas (LTC) vyvíjí: aby poskytl časový standard, který zohledňuje relativistický rozdíl a udržuje všechny měsíční systémy synchronizované.