この画像を大きなサイズで見るアメリカの研究者によって、地球と月の時計をシンクロさせる方法が考案されたそうだ。
それは論文の本文だけで55もの方程式があり、さらに付録として67もの方程式が記された、きわめて複雑な計算だ。だがこれを利用することで、地球と月の時間のズレをうまく調和させることができる。
だが、なぜあえてそんな面倒な計算を？ と思うかもしれないが、宇宙時代の時間を管理するのに必要なことなのだそうだ。
宇宙時代の時間管理
今日の世界において、時間の管理は非常に重要だ。と言うのも、通信やGPSネットワークをきちんと機能させるには、信号のタイミングを正確に把握する必要があるからだ。
そしてそのためには、一般相対性理論の影響も考慮せねばならない。同理論によれば、重力が強いところでは、時間の流れが遅くなる。
それゆえにGPS衛星が飛び回る高さでは、時間が地上よりも速く進む。さらにややこしいことに、人工衛星は高速で移動しているため、それによって今度は時間が遅くなる。
話が地球上に限られているのなら、こうした影響をうまくまとめるのは、そう難しいことではない。しかし今後は地球の外にも目を向けねばならない。
人類が月への本格的な進出を計画しているからだ。
かつてのアポロ計画ではほんの数個の機器の動きを追跡しておけば十分だった。だがこれからは違う。いくつもの宇宙船が頻繁に月面に着陸し、月面ビークルで長距離を疾走することだってあるだろう。きっと月版のGPSが大いに重宝される時代が来るはずだ。
この画像を大きなサイズで見る月と地球は時間の進み方が違う
しかし、そこでの時間の進み方は地球とは少々違う。
月は重力がかなり弱い。ゆえに時間が速く進む。重力が弱いので、月軌道を周回する人工衛星は、地球のそれよりゆっくりとしたスピードで滞在できる。これも時間の流れを速くする。
状況によっては、地球とは切り離された月だけのGPSで事足りることもあるだろう。
だが地球と月とで別々の時間管理システムを利用するとなると、地球・月間を移動する宇宙船は、その都度システムを切り替えねばならなくなる。
さらに地球と月との時間を正確に同期させねばならないケースもある。たとえば、事象の正確なタイミングが重要となる天文学だ。
この画像を大きなサイズで見る地球と月の重心を基準とした方程式で時間を同期
このほど『The Astronomical Journal』（2024年8月12日付）に掲載されたのは、地球と月との時計を完璧にシンクロさせるための方法だ。
天文学者が月で宇宙を研究するうえでは正確な時間管理が不可欠となる。そこで国際天文学連合（IAU）は、「月の天体参照系」と「月の座標時間」の導入を求めていた。
米国国立標準技術研究所（NIST）のニール・アシュビー氏とビジュナース・パトラ氏はこれに応え、そのための数学的解答を示したのである。
その基準となるのは、地球と月の重心だ。
これについてこの論文は、「太陽の重力場内における地球‐月系の重心のような局所的に自由落下する座標系を使用することで、月面や地球‐月ラグランジュ点にある時計の進む速さを、地球上の時計と比較できるようになる」と説明する。
なんだかよく意味がわからないが、その数学的な記述も複雑だ。論文の本文には55の方程式が記されており、付録にも67の方程式がある。
この画像を大きなサイズで見るこれほど複雑なのは、考慮せねばならない要素がやたらと多いからだ。
たとえば、太陽やほかの惑星からの潮汐効果、地球や月の自転による地表の物体の移動、軌道における物体の移動など諸々だ。重力が時間に与える影響は、物体がどこにあるかで左右されるので、とにかく複雑になる。
とは言っても、つねにすべての要素を考慮せねばならないわけではない。そうした要素の中には、ごく些細な影響しか与えず、ほかの要素と相殺し合うようなものもある。
それでも月のそばにある時計は毎日56マイクロ秒ズレるので、ナノ秒単位の正確さが必要な状況では無視することができない。
なおこの研究のテーマは地球と月の時間だが、一般化することもできるという。
つまり、このアプローチを微調整すれば、月だけでなく、太陽系のほかの天体の時計をも地球とシンクロさせられるということだ。
今後、人類の宇宙進出がさらに進めば大きな意味を持ってくるはずだ。
References: What Time Is It on the Moon? | NIST / esearchers figure out how to keep clocks on the Earth, Moon in sync | Ars Technica
天文学者って、頭いいんだなぁ
通信じゃダメなの？
>>2
記事にあるとおりに時間の進み方が違う上に地球-月間の通信には往復で約２秒のタイムラグがある。じゃあタイムラグを計算に入れればいいじゃないと思うかも知れないが、そうすると記事にあるとおりに時間の進み方が違うので地球の１秒は月の１秒ではないし、往復２秒ものタイムラグがあってはリアルタイム操作ができない。
>>2
通信はズレが大きい。そもそも月まで通信で1.255秒もかかるし記事中にある誤差を補正できない。
正確な時刻を知るには月面上で時刻のカウントをして月面上用に補正をかけなくちゃならない。
>>2
地球-月間の電波通信は約1.3秒のタイムラグがある
通信で同期を取ろうとすれば、月面では約1.3秒早い時間帯を採用する必要が出てきたり、天体観測などで地球と月で結果がズレたりしかねない
月のほうが時間が速く進むなら、早く年をとるのか？
>>3
老化ということなら時間の速さはそれほど問題にならないでしょう
むしろストレスや放射線、紫外線、高酸素、殺菌剤などの影響でかなり老化は進むはずです
特にストレスは業務の煩雑さ、対人関係、上記放射線などへの不安、帰れるかという生存不安、そこにない不安（もし〇〇なら）、個人的な家族問題、単純に眠れないなどで増加します
これ普段の生活でも同じですね
衣食住を楽しんでよく寝ることで老化を遅くしましょう
55+67=122 のクソ複雑な方程式を使うとか聞くと、
なんかもっと「一方ロシアは鉛筆を使った」的な問題解決法がありそうな気がしてならない。
光速度不変の原理により
早く進むものほど時間の流れは遅くなる
時間は座標も意味してるよね
なんで2種類の時刻の同期をわざわざ計算する意味があるのか？
時の速度の違いなんて関係ない
月の時計は無視して、地球の時計で月の時間を計ればいいだけだろ
>>10
これは例えば将来、人が月で暮らすようになったときに
想定される時間的情報の不一致を補正するものでしょう
あるいはなにかの通信設備でも良いでしょうが
あなたが言うように月にも地球時間を適用すると、
記事にも書いてあるように「地球と月では時間の進み方が違う」ので
地球時間の1秒後は月面上では1秒を超えてしまいますよ
これでは情報のやり取りに不具合が発生してしまいます
ただそれを常に一致させるには地球と月以外にも太陽や他の惑星の影響も
あるのでクッソめんどいって言う話です
>>11
違う
月にも地球時間を適用すると、
地球時間の1秒後は月面上でも1秒後だよ
あくまで地球時間なのだから
>>14
詳細は理解できないけど、素人目線でわかることは
「そんな単純な話ならば、誰も悩まない」という事だけ
そしてそんな単純な話ではないから、みんなで頭突き合わせて考えているのだと思う
>>14
それはニュートンの絶対空間と絶対時間で事足りる日常生活なら通用するが、相対性理論で空間と時間を扱わないと成り立たない精密さが要求される世界では通用しない。
>>14
＞月にも地球時間を適用すると、
だからどうやって月に地球時間を適用するのか、という話をしているんだが。
難しいけどなんか面白い
精密な原子時計を使うといまだと高さが30cmの差で、流れる時間差も測定できるんだっけ？
あとその場に立ち止まっている人と、自動車に乗って移動している人とでも厳密には時間の流れも違う
そして、普段の生活に当てはめれば、そんな差異は本当にどうでもいい程度の話だし
地球表面”だけ”、月表面”だけ”、宇宙船内部”だけ”で使うならば何も問題はないが、
本当に精密な調査が必要とされる学術調査などでは、地球表面の1秒と、月表面の1秒と、惑星間を移動中の宇宙船内部の1秒
厳密に測定すれば「それぞれ違う1秒」を同期させたい場合に、どう折り合いをつけるかって話でしょ？
ざっくり調べた光の速度が”299,792,458m/s”で、マイクロは”0.000001倍”
もし、同じ光（電磁波）を観測中に1マイクロ秒ずれるのならば、約300mもずれちゃうし
それをどうこうしないといけないレベルにまで人間の科学が進歩している話では？