在月球上 钟表居然走得更快！美国要制定“标准月球时间”

　　美国国家航空航天局(NASA)正式开始着手制定一个属于月球的标准时间，这个被称为“协调月球时”(LTC)的时间系统或将于2026年底前创建完成。

图源： Dima Zel

　　之所以要在2026年底之前完成这项工作，是因为美国阿耳忒弥斯3号任务计划不早于 2026 年将载人宇航员送至月球南极附近，到时美国的宇航员和航天器正好就可以使用这个月球的时间系统。

　　那么，有趣的问题是，为什么这次登月需要专门创建月球的标准时间，之前的阿波罗登月任务没有月球标准时间不也挺好的吗?

　　阿波罗登月的时候确实没有使用月球的时间——当时宇航员的手表同步的是休斯顿所在时区的时间(火箭发射地)。

　　但月球标准时间确实有必要，甚至是不可或缺的，主要原因是时间在现代科技领域扮演着最至关重要的角色，而月球的时间流逝方式和地球并不一样，这会导致一些工作出错或者无法开展。

图源：Pixabay / Christy Miller

　　月球上的钟表走得更快

　　由于潮汐锁定，月球有一面永远对着我们，所以可能有些人认为月球不会有白天和黑夜的变化。

　　实际上月球也在自转，太阳也会照到它不同区域，所以月球是有昼夜之分的，只是因为潮汐锁定，它的自转和公转周期保持一致，相当缓慢，它的白天和黑夜都差不多有2周左右时间。

　　地球的一天24小时是根据白天黑夜定义的，这似乎不是很适合月球，这是制定月球标准时间的原因之一，但并不是主要原因。

　　最主要的原因是月球的引力比地球小很多，这导致那里的时间走得比地球上更快。

　　如果在月球的航天器或者宇航员同样引用地球标准时间的话，那么每天那里的表都会快走大约 58.7 微秒(后面我会解释为什么这个误差无法接受)，这个就是所谓的时间膨胀。

　　爱因斯坦是最早发现这一点的科学家，他最初相信光速是恒定的，并以此推导出狭义相对论。

　　爱因斯坦对光速不变的解释是，光速对任何参考系都是不变的，无论你多快，光速相对你都不变。

图：移动火车A射出的箭比禁止的B会快，但光速不同，它是一样的

　　不仅如此，如果有两个人同时移动，无论这两个人的速度相差多少，光速相对这两个人都是一样的，比如你以99%光速移动，而另外一个人以1%的光速移动，但是光速相对你们两个人的速度都是一样的。

　　这个很难理解，非常反直觉，但是爱因斯坦天才地方就是找到了解释方案，他认为在运动过程中时间发生了变化。

　　你的时间和另外一个人的时间是不一样的，你的速度更快，则时间流逝更慢，所以你看到的光速和另外一个人看到的光速一样。

　　这就是狭义相对论，它解释了速度的时间膨胀，这个已经在观测实验中得到验证。

图源：NASA

　　由于空间站的速度更快，所以上面携带的原子钟记录下了更慢的时间，另外科学家也已经用原子钟观察到速度低于10米每秒的速度时间膨胀。

　　在狭义相对论之后，爱因斯坦又开始思考引力，他同样用时间的相对流逝解释了引力的本质，这便是广义相对论。

　　我们可以不用理解广义相对论具体内容，只需要知道引力也会导致时间膨胀，而且是你处在引力越大的地方时间流逝越慢。

　　这点同样已经通过原子钟观察到高度差仅为1米的地球表面的引力时间膨胀，这个实验和我前文提到的“10米每秒的速度时间膨胀”都是在2010年就已经完成的。

　　月球引力和地球不一样，所以时间自然就不一样了，时间膨胀可以通过公式计算出来，我这边找到现成的答案，月球上每天会比地球快58.7 微秒——一年差不多少快个0.02秒。

　　那么，现在还有一个问题，真的有必要为了这一年的0.02秒误差来设置一个月球独立的时间吗?

　　为什么同步非常重要？

　　如果你经常使用计算机并试图解决一些计算机上网故障的话，你可能会涉及到把时间同步一下的操作。

　　我个人这样操作过很多次，特别是计算机普及度还不是很高的年代，每次网络无法连接的时候，通常只要重新同步一下电脑的时间，就可以正常上网了。

　　老实说，我并不知道其中的原因，也从来没有去了解过为什么同步时间就可以重新上网，但是为了写这篇文章，我简单了解了下其中的原因。

　　其实为了互联网的安全，保护你我的个人隐私，以及你的个人电脑访问服务器时免受第三方攻击，这里有一个所谓的公钥证书系统，在你每次访问网站时它都会给你建立一个远程方的身份证书，从而提高安全系数。

　　这个公钥证书系统的关键就是时间，如果你电脑的时间没有同步的话，就无法正确建立这个证书，自然就无法对外访问了。

　　另外，我们现在许多线上交易，为了提高安全系数，有一个时间戳(其实现在文件、事件、图像等都引入了这个)概念——指的是数据在某个特定时间点是完整存在过了，这样可以确保第三方在之后无法篡改这些数据。

　　总得来说，如果你要在月球使用互联网相关的服务，就必须时间同步，不然数据会出错，如果要取消时间相关设定，那么安全就无法保障。

　　你可能会问，我们的北京时间和其它地方时间难道是一样的吗?

　　虽然，世界各个地区的人根据自己所在地球的位置来设置时间——也就是所谓的时区，但全球所有时区都是根据单一协调世界时 (UTC) 定义的。

2017 Sunyixun

　　协调世界时由位于法国巴黎的国际计量局制定，它使用全球各地的原子钟组合创建，这些原子钟将自己的时间输入巴黎中央实验室，以确保每个国家的时钟同步，这便是全球互联网的基础。

　　不过，互联网和线上交易并不是唯一需要根据时间来运行的东西，实际上更为重要的是全球导航系统，它也是以时间为基础的，这个在月球任务中最为重要。

　　我们知道导航是根据卫星实现的，而卫星判断你的位置是根据时间，卫星信号会比地面上的当前时间晚几分之一秒到达，因此可以利用时间差以惊人的精度确定一个人在地球表面的位置。

　　在卫星导航中，要想获得准确的位置，需要达到纳秒级的误差水平才行，而就像我们前面提到的，月球和地球的时间误差有58.7 微秒，如果在月球上同样使用协调世界时的话，那么将会出现严重的位置偏差。

图源：NASA

　　以前的登月任务是粗糙的，任务也单一，没有精细化的运作，而21世纪的登月任务明显已经进入了一个要在月球长期工作的阶段，所以创建月球的标准时间是必要的，有些科学家甚至已经提出了要创建火星，以及其它天体的时间了。

　　最后

　　不过，关于月球标准时间还有一个关键的问题，那就是到底由谁来创建，或者由谁牵头。

　　其实不仅美国国家航空航天局在做这件事情，欧空局也早就在做了

　　由于大家都有自己的优先事项和愿景，这让创建月球标准时间变得相当复杂。