圖片來源：英國有線廣播公司
科技日報(bào)記者?張佳欣
或許，宇宙中最引人深思的謎團(tuán)之一，便潛藏于時間流逝的微妙差異之中。
高山之巔的時間竟比幽深山谷中的時間流逝得更快。這一現(xiàn)象對于日常生活的直接影響微乎其微。但是，隨著人類探月活動增多，為月球制定時間標(biāo)準(zhǔn)再次成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
那么，月球和地球上的時間一樣嗎？美國國家航空航天局（NASA）最新計(jì)算表明，月球表面時間比地球表面時間每個地球日快57.5微秒。在人類月球探索中，這一差異可能至關(guān)重要。
什么是“協(xié)調(diào)月球時”
今年4月，美國白宮發(fā)布了一份備忘錄，指示NASA與其他政府部門合作，在2026年底前制定“協(xié)調(diào)月球時”。備忘錄顯示，該系統(tǒng)必須具備4個方面的品質(zhì)：具備與“協(xié)調(diào)世界時”的邏輯可追溯性；足夠的具體性和準(zhǔn)確性，能夠?yàn)闃O短的瞬間計(jì)時；在與地球失去聯(lián)系的情況下能夠“自給自足”；可擴(kuò)展性，以便其他天體或太空環(huán)境也能參照這一時間標(biāo)準(zhǔn)。
為月球設(shè)立一個時間有助于航天器的通信、著陸和導(dǎo)航。白宮備忘錄指出，確定一個合適的標(biāo)準(zhǔn)，一個能夠在具有挑戰(zhàn)性的月球環(huán)境中運(yùn)行、兼具準(zhǔn)確性和彈性的標(biāo)準(zhǔn)，將使所有航天國家受益。
中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員謝懿在接受科技日報(bào)記者采訪時，如此介紹協(xié)調(diào)月球時間的民間意義：“想象一下，有這么一個太空港，它需精確告知乘客飛船的起飛與抵達(dá)時間。同時，月球時間還要和地球上的時間相聯(lián)系，因?yàn)槲磥砟骋惶?，地球上的居民很可能要和月球上居民?lián)動?！?/p>
地球上時間如何計(jì)算
人類對時間精確度的追求從未停歇。20世紀(jì)初，愛因斯坦提出了狹義相對論和廣義相對論，使科學(xué)界對時間中“秒”的精確測量變得更加復(fù)雜。
廣義相對論認(rèn)為，引力作用越強(qiáng)，時間流逝越慢。由于月球上的引力只有地球的六分之一，所以月球上的時間比地球更快，這是時間膨脹的結(jié)果。
美國有線電視新聞網(wǎng)報(bào)道稱，為了解決相對論帶來的時間測量難題，科學(xué)家在全球范圍部署了數(shù)百臺原子鐘。這些利用原子振動原理的超精密儀器，能夠捕捉到時間流逝的每一個細(xì)微變化。通過綜合全球各地原子鐘的讀數(shù)，科學(xué)家得出了“協(xié)調(diào)世界時”，并適時引入“閏秒”以校正地球自轉(zhuǎn)速度的變化。
不過，時間的計(jì)算遠(yuǎn)不止于此。更復(fù)雜的是，根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，人或航天器移動得越快，時間過得越慢。因此，一些航天器配備有自己的時鐘，稱為晶體振蕩器（簡稱“晶振”）。但是，盡管有晶振，航天器上的時間也往往需要地面校準(zhǔn)。
為何月球時間比地球快
那么，廣義相對論和狹義相對論對計(jì)算月球時間有什么影響呢？
謝懿告訴記者，若將兩臺時鐘分別置于地球和月球上，兩者所受的引力強(qiáng)度及運(yùn)動狀態(tài)截然不同（地球上的時鐘受到更強(qiáng)的引力作用），同時，它們的運(yùn)動速度也存在顯著差異。這種差異將導(dǎo)致即便初始時刻兩鐘讀數(shù)一致，但隨著時間推移，它們也將逐漸產(chǎn)生偏差。
NASA通過計(jì)算月球，地球和太陽之間的相對運(yùn)動，得出了每天57.5微秒差異這一數(shù)字。這意味著在50年的時間里，月球上的宇航員要比地球上的人老一秒左右。
謝懿稱，57.5微秒這一數(shù)值就是根據(jù)廣義相對論原理計(jì)算出來的，總體上考慮了廣義和狹義相對論中引力差異和運(yùn)動差異所導(dǎo)致的地面和月面時間之間的“漂移”。
在采訪中，謝懿向記者透露，其團(tuán)隊(duì)也在進(jìn)行相關(guān)研究。他們發(fā)現(xiàn)，地月時間之間除了有每天57.5微秒的“漂移”之外，還會存在周期性的變化。這種變化對于我國在月球附近建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，將產(chǎn)生非常重要的影響。
為月球計(jì)時，到底用原子鐘還是晶振呢？NASA戈達(dá)德太空飛行中心謝麗爾·格蘭林表示，原子鐘在長期穩(wěn)定性方面非常出色，而晶振則在短期穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢，科學(xué)家還會就此繼續(xù)討論和研究。
據(jù)報(bào)道，月球時間的定義將由包括國際計(jì)量局和國際天文學(xué)聯(lián)合會在內(nèi)的多個機(jī)構(gòu)來定義，部分討論將于8月進(jìn)行。
