Che ore sono sulla Luna? La domanda lascia perplessi gli scienziati

Con la ripresa dell'esplorazione della Luna, una domanda si pone tra tante: che ore sono sul nostro satellite?

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Il prossimo decennio vedrà una ripresa dell’esplorazione della Luna, con decine di missioni e diversi piani per stabilire basi permanenti sul satellite, con conseguenti innumerevoli sfide. Tra queste si pone una domanda, semplice ma fondamentale, a cui i metrologi stanno cercando di dare riposta: che ore sono sulla Luna?

La Luna attualmente non ha un orario indipendente. Ogni missione lunare utilizza la propria scala temporale che è collegata, tramite i suoi gestori sulla Terra, al tempo universale coordinato, o UTC, lo standard rispetto al quale sono impostati gli orologi del pianeta, spiega Elizabeth Gibney in un approfondimento su Nature. Questo metodo è però relativamente impreciso e i veicoli che esplorano la Luna non sincronizzano l’ora l’uno con l’altro. Il metodo può funzionare con missioni indipendenti, ma sarà un problema quando più missioni collaboreranno. Le agenzie spaziali vorranno anche monitorarle utilizzando la navigazione satellitare, che si basa su segnali di temporizzazione precisi.

Non è ovvio quale forma assumerebbe un orario lunare universale. Gli orologi sulla Terra e sulla Luna ticchettano naturalmente a velocità diverse, a causa dei diversi campi gravitazionali dei corpi. L’ora lunare ufficiale potrebbe essere basata su un sistema di orologi progettato per sincronizzarsi con UTC, oppure potrebbe essere indipendente dall’ora terrestre.

I rappresentanti delle agenzie spaziali e delle organizzazioni accademiche di tutto il mondo si sono incontrati nel novembre 2022 per iniziare a redigere raccomandazioni su come definire l’ora lunare presso l’European Space Research and Technology Centre dell’Agenzia Spaziale Europea a Noordwijk, nei Paesi Bassi.

Le decisioni devono essere prese presto, secondo Patrizia Tavella, dell’International Bureau of Weights and Measures a Sèvres, in Francia. Se non verrà stabilito un orario lunare ufficiale, le agenzie spaziali e le compagnie private troveranno le proprie soluzioni, ha proseguito. “Questo è il motivo per cui vogliamo lanciare un allarme ora, chiedendo di lavorare insieme per prendere una decisione comune“.

Definire l’orario lunare

Definire l’orario lunare non è semplice. Sebbene la definizione del secondo sia la stessa ovunque, la teoria della relatività speciale prevede che gli orologi ticchettano più lentamente in campi gravitazionali più forti. L’attrazione gravitazionale della Luna è più debole di quella della Terra, e ciò significa che, per un osservatore sulla Terra, un orologio lunare funzionerebbe più velocemente di uno terrestre. Cheryl Gramling, del Goddard Space Flight Center della NASA, stima che un orologio lunare guadagnerebbe circa 56 microsecondi in 24 ore. Rispetto a quanto accade sulla Terra, la velocità di un orologio cambierebbe anche leggermente a seconda della sua posizione sulla superficie lunare, a causa della rotazione della Luna, ha spiegato Tavella. “E’ un paradiso per gli esperti di relatività, perché devi tenere conto di tante cose,” ha aggiunto.

La definizione di uno standard lunare, a cui allineare tutti gli orologi, comporterà l’installazione di almeno 3 orologi principali che ticchettano al ritmo naturale della Luna e il cui output è combinato da un algoritmo per generare un orologio “virtuale” più accurato.

Ciò che accade dipende quindi dall’opzione scelta dai metrologi. Potrebbero decidere di basare il tempo lunare su UTC. In tal caso, questo orario lunare virtuale sarebbe sincronizzato regolarmente con l’UTC terrestre. Tra un check-in e l’altro, gli orologi principali lunari continuerebbero a segnare il tempo fino alla successiva sincronizzazione.

L’alternativa sarebbe quella di utilizzare l’output sintetizzato degli orologi atomici lunari come tempo indipendente e continuo della Luna, e monitorare la relazione con UTC. In questo modo, anche se la connessione con la Terra viene persa, gli orologi sulla Luna continueranno a concordare tra loro e consentiranno una navigazione e comunicazioni sicure, ha spiegato Gramling. Stabilire un tempo indipendente è un modello che funzionerà anche per i pianeti più distanti che le agenzie spaziali stanno prendendo di mira, come Marte. Trasmettere UTC lì sarebbe più complicato che sulla Luna, ha aggiunto Gramling.

In questo scenario, i giorni sulla Luna potrebbero anche essere definiti in modo diverso da quelli sulla Terra, per tenere conto del tempo che va da mezzogiorno solare a mezzogiorno solare prendendo una media di 29,5 giorni terrestri. I giorni terrestri saranno sempre importanti per gli astronauti, dato il bisogno umano di dormire in un ciclo di circa 24 ore. La definizione è qualcosa su cui i metrologi dovranno concordare.

I metrologi dovranno anche decidere dove posizionare gli orologi principali. Come sulla Terra, l’altitudine dei dispositivi influenzerà la velocità del ticchettio. Gli orologi potrebbero essere in orbita lunare o sulla superficie, e su ciò sono in corso discussioni presso la NASA.

Le agenzie spaziali stanno anche prendendo in considerazione altri standard necessari, come le mappe del terreno lunare e i sistemi di coordinate da utilizzare per la navigazione, attraverso l’Interagency Operations Advisory Group, un consiglio delle agenzie spaziali nazionali e il Comitato internazionale delle Nazioni Unite sul GNSS. Per rendere interoperabili i sistemi di vari Paesi, i sistemi di riferimento dovranno essere concordati a livello internazionale, ha ricordato Gramling.

L’Internet del Sistema Solare

Con l’aiuto dell’ESA, la NASA sta sviluppando un framework chiamato LunaNet, per il quale spera di ottenere il consenso internazionale. LunaNet consiste in un insieme di regole che consentirebbero a tutti i sistemi di navigazione, comunicazione e calcolo dei satelliti lunari di formare un’unica rete simile a Internet, indipendentemente dalla nazione che li installa. L’impostazione dell’ora lunare fa parte di un quadro molto più ampio.

L’idea è quella di creare l’Internet del Sistema Solare, e la prima parte sarebbe sulla Luna,” ha concluso Gramling.