中國科學(xué)家發(fā)布月球計(jì)時(shí)軟件，“反映出中國對月球的重視”

【文/觀察者網(wǎng) 陳思佳】近年來，隨著月球探索受到世界各國的重視，如何定義月球標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間成為科學(xué)界關(guān)注的新問題。據(jù)香港《南華早報(bào)》1月12日報(bào)道，中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)上個(gè)月正式發(fā)布了全球首款“月球計(jì)時(shí)軟件”，實(shí)現(xiàn)了月球與地球時(shí)間的精確轉(zhuǎn)換。

根據(jù)廣義相對論，由于月球的引力僅為地球的約六分之一，月球上的時(shí)間走得比地球更快，每天快大約56微秒。這些微小的誤差積累起來，足以對需要精確計(jì)時(shí)的航天任務(wù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

為解決月球與地球時(shí)間轉(zhuǎn)換的問題，紫金山天文臺(tái)的科研人員構(gòu)建了一個(gè)模型，同時(shí)考慮了月球較弱的引力及其在太空中的運(yùn)動(dòng)，使月球上的事件能夠與地球上的時(shí)鐘準(zhǔn)確同步。上個(gè)月，紫金山天文臺(tái)正式發(fā)布了月球時(shí)間歷表產(chǎn)品LTE440。

美國宇航員馬修·多米尼克在國際空間站拍攝的月球照片

據(jù)中國科學(xué)院方面介紹，定義和構(gòu)建月球標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是明確月球坐標(biāo)時(shí)與太陽系質(zhì)心力學(xué)時(shí)之間的對應(yīng)關(guān)系。由此，月球標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間才能與地球時(shí)、協(xié)調(diào)世界時(shí)相互轉(zhuǎn)換，滿足國際計(jì)量局關(guān)于月球標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間必須與地球時(shí)間具有可回溯性的定義準(zhǔn)則。

然而，月球坐標(biāo)時(shí)與質(zhì)心力學(xué)時(shí)之間的轉(zhuǎn)換，是由月球極為復(fù)雜的多體運(yùn)動(dòng)，以及太陽系中所有天體施加在月球上的動(dòng)態(tài)引力場共同決定的。國際上現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換公式均采用級數(shù)近似理論，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果精度低、計(jì)算過程繁瑣，且缺少可直接使用的產(chǎn)品。

為此，研究團(tuán)隊(duì)利用目前精度最高的太陽、行星、主帶小行星和柯伊伯帶天體的軌道信息，實(shí)現(xiàn)了月球坐標(biāo)時(shí)與質(zhì)心力學(xué)時(shí)的精確轉(zhuǎn)換，其累積誤差即使在1000年后也不超過1/20000000秒。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)了端到端的軟件包產(chǎn)品，用戶僅需一步操作即可獲得月球坐標(biāo)時(shí)的精確轉(zhuǎn)換結(jié)果。

相關(guān)研究成果已發(fā)表在期刊《天文學(xué)和天體物理學(xué)》上。

美國哈佛-史密松森天體物理中心的天文學(xué)家喬納森·麥克道爾（Jonathan McDowell）稱，月球時(shí)間測定正成為一種真正的工程需求，不再像過去那樣可以依照地球時(shí)間逐個(gè)處理。

他指出，在航天器的導(dǎo)航系統(tǒng)中，微秒級的誤差都可能產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而在以分鐘為單位的時(shí)間尺度上影響計(jì)算結(jié)果，“如果你想要在月球上使用類似GPS的系統(tǒng)——我們可能幾年內(nèi)就會(huì)有需要，尤其是用于精確著陸位置，你就得想辦法解決這個(gè)問題。”

麥克道爾表示，雖然美國也在進(jìn)行類似的工作，但他還沒有聽說過可直接使用的“月球計(jì)時(shí)軟件”。他說：“這反映出中國對月球的重視，并且在分享與月球相關(guān)的研究方面非常開放。”

《南華早報(bào)》稱，在過去，月球任務(wù)的數(shù)量很少，時(shí)間誤差的問題幾乎“無關(guān)緊要”，工程師可以根據(jù)地球時(shí)間按需要單獨(dú)修正每個(gè)任務(wù)。但隨著月球探索成為世界航天領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，未來將會(huì)有越來越多的航天器乃至載人飛船前往月球，屆時(shí)很難再用臨時(shí)解決方案應(yīng)對誤差問題。

此外，制定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不僅對協(xié)調(diào)月球任務(wù)非常重要，同時(shí)也是政治影響力的象征。《南華早報(bào)》舉例稱，英國1884年決定將格林尼治天文臺(tái)所在地設(shè)置為本初子午線的基準(zhǔn)點(diǎn)，不僅是為了方便，而且還反映了當(dāng)時(shí)英國在世界航海、貿(mào)易和科學(xué)等領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

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