Nell’aprile 2024, la Casa Bianca ha lanciato una sfida agli scienziati: stabilire uno standard di tempo lunare in vista di una crescente presenza internazionale sulla Luna e di potenziali basi umane come parte dell’iniziativa Artemis della NASA. Tuttavia, la vera questione non è semplicemente “Che ore sono?”, ma piuttosto “Quanto velocemente passa il tempo?”.
L’ora visualizzata su un orologio può essere impostata da qualsiasi cronometrista, ma è la fisica a determinare la velocità con cui scorre il tempo. Nei primi anni del XX secolo, Albert Einstein dimostrò che due osservatori non avrebbero concordato sulla durata di un’ora se non si muovessero alla stessa velocità e nella stessa direzione. Questo disaccordo è presente anche tra una persona sulla Terra e una sulla Luna.
Effetti della relatività sulla Luna
“Se fossimo sulla Luna, gli orologi ticchettebbero in modo diverso rispetto a quelli sulla Terra,” ha spiegato Bijunath Patla, fisico teorico presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) di Boulder, Colorado. Il movimento della Luna rispetto alla Terra causa una decelerazione degli orologi lunari rispetto a quelli terrestri, ma la minore gravità lunare li accelera. “Questi due effetti opposti risultano in una deriva netta di 56 microsecondi al giorno“, ha detto Patla.
Patla e il suo collega Neil Ashby hanno utilizzato la teoria della relatività generale di Einstein per calcolare questa differenza, migliorando le analisi precedenti. I loro risultati sono stati pubblicati sull’Astronomical Journal.
Implicazioni per le missioni lunari
Sebbene una differenza di 56 microsecondi possa sembrare trascurabile per gli standard umani, è cruciale per missioni che richiedono precisione millimetrica o comunicazioni tra la Terra e la Luna. “La sicurezza della navigazione in un futuro ecosistema lunare dipende dalla precisa sincronizzazione degli orologi“, ha affermato Cheryl Gramling, ingegnere di sistema presso il Goddard Space Flight Center della NASA. Un errore di 56 microsecondi al giorno potrebbe causare imprecisioni di navigazione fino a 17 chilometri al giorno, un problema inaccettabile per le missioni Artemis, che richiederanno di conoscere la posizione esatta di ogni rover, lander e astronauta con un margine di 10 metri.
La sfida del tempo lunare
Un principio fondamentale della teoria della relatività è che non esiste un tempo assoluto. Un orologio sulla superficie terrestre ticchetta più lentamente rispetto a uno in orbita a causa degli effetti gravitazionali, motivo per cui i satelliti GPS devono tenere conto della relatività. Stabilire l’ora sulla Luna è ulteriormente complicato dalla sua orbita attorno alla Terra e dalla rotazione terrestre, che influenzano la percezione del tempo.
Ashby e Patla hanno riconosciuto che il sistema Terra-Luna è in caduta libera sotto l’influenza della gravità solare, permettendo loro di considerare contributi complessi come la rotazione dei corpi celesti, le forze di marea e le deviazioni dalle sfere perfette. Hanno anche calcolato le posizioni gravitazionalmente stabili tra la Terra e la Luna, noti come punti di Lagrange, utili per i satelliti di ripetizione delle comunicazioni.
Verso un futuro con tempo lunare standard
Anche altri scienziati, come Sergei Kopeikin dell’Università del Missouri e George Kaplan dell’US Naval Observatory, hanno calcolato uno spostamento temporale di 56 microsecondi tra la Terra e la Luna. Hanno anche considerato piccole fluttuazioni periodiche dovute a variazioni nella forza di marea causate dal Sole e da Giove.
“La comunità scientifica ha fatto un grande servizio pubblicando questo lavoro,” ha detto Gramling. “Ora possiamo proporre un modello standardizzato per il tempo lunare all’intera comunità internazionale di esperti di cronometraggio.”
Anche se ci vorranno molti anni o decenni prima che la Luna ospiti abbastanza umani e robot da rendere necessario un cronometraggio preciso, scienziati e ingegneri riconoscono l’importanza di stabilire uno standard molto prima del previsto. Hanno già compiuto il primo, difficile passo verso la determinazione dell’ora sulla Luna.
