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如何在太空中记录时间?看似简单实际很复杂

www.zcqhco.com2019-09-22

北京时间7月11日消息,据国外媒体报道,太空殖民者未来将如何记录时间?地球上一年、一个月、一天的时间记录方式不适用于火星或月球。

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空间殖民者必须面对一些挑战,形成地球计时系统的替代品,并且要现实和准时。地球上的计时系统是由一个非常稳定的原子钟作为标准参考组成的。原子钟每150亿年只有1秒。

7月10日,美国科学家举办了一个名为“我们将如何在太空中管理自己”的研讨会。目前,我们生活在人类探索地球以外、太空扩张和殖民时代的最前沿。根据美国宇航局最新披露,该机构计划在2028年建立月球基地。这个殖民地基地将使我们能够测试到达火星所需的技术和工具,然后揭示人类未来将探索哪些行星。

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在未来,人类需要解决太空生活中的一个问题。如何记录时间?

如何在空间中记录时间,看似简单实用却十分复杂

建立空间殖民地基地和长期飞行存在许多技术障碍。例如,人类如何在太空中获取食物?我们如何处理太空垃圾?在地球上,这些问题被认为是理所当然的,并不奇怪。人类太空生活的未来首先需要解决一个问题。如何记录时间。

记录时间的解决方法可以简单地像看手表或者看日历,或者每天画一张唱片!目前,国际空间站是人类唯一的全职空间基地,它使用这种方法来记录时间。空间站工作人员根据格林尼治时间记录时间,通过与地球保持密切联系,可以获得最新的时间校准。

国际空间站每天可以看到16个日出和日落

然而,太空殖民地在维持地球时间记录系统方面仍面临巨大挑战。其中一个原因是很难忽视当地的真实性并使用时间记录方法,因此宇航员可以遵循24小时格林威治标准时间系统来轻松维持地面控制。同步,但使用地球时间标准作为宇航员的太空睡眠程序将严重影响他们的日常昼夜节律,宇航员需要克服不稳定的光周期。例如,国际空间站每90分钟绕地球一圈,因此在地球上典型的24小时工作日,宇航员每天看到16个日出和日落。

虽然宇航员可以在太空中生活几个月,但宇航员在国际空间站期间具有非永久性,我们知道他们不会永远存在。在地球以外的偏远地区建立的空间基地可以使用地球时间系统和日历,它们可能建立一个新的人类社会,可能需要一个更适合其空间生命的永久性解决方案。

专家提出了“Tarius火星历”

天文学家,科幻作家和痴迷的天文学家提出了一系列建议,为潜在的太空殖民基地创建新的计时系统。对于那些梦想在太空生活的人来说,火星有一个特殊的吸引力,可以让人们产生足够的想象力,任何定居者都会在这里生活很长时间,形成一个独特的生活系统。航空航天工程师托马斯冈加尔(Thomas Gangale)是大流士火星历法的支持者,这是为火星未来殖民者设计的新日历。它是由Gungarer在1985年设计的。并以他儿子的名字“大禹”命名。后来,“Tarius火星历”出现在几部科幻小说中,包括:科幻作家Hannu Rajaniemi撰写的《量子小偷》和《星际迷航》系列中的时间调查章节。记录了调查时间旅行社的冒险经历。

Gungal说:“如果我们想让人类到火星定居,他们需要根据火星的自然规律来计算时间.Darius火星历法继承了地球的传统计时方法并适应火星旋转定律地球的旋转时间为23小时56分钟,火星的旋转时间稍长,火星时间为24小时40分钟,火星日的天文单位称为“溶胶”。火星的轨道它的长度是地球轨道的两倍。太阳相当于每周687个地球日,计算为668个溶胶。

我们可以将时间测量保持在溶胶水平上。事实上,许多火星日历都推荐这一点。在地球上,朱利安历法为每个地球日分配一个数字,从公元前4713年1月1日开始,为“0天”。这样可以更轻松地计算基于日期的计划,就像计算食物的保质期一样。

同样,火星的基于历法的历法计算方法也是相似的,从“0日”开始,Gungal说,或者我们可以假设任何火星日历都是从1610年1月观测到的火星第一颗望远镜开始的。“0天”可以与火星上的其他重要里程碑相匹配。例如,“水手4号”宇宙飞船于1965年7月14日首次飞越火星,1971年11月27日首次“火星2号”宇宙飞船登陆火星。

恒河说:“但我们人类是习惯性动物。它很可能建立一个以我们在地球上拥有的相同价值观和传统为中心的社会。许多天文学家不考虑准时的社会因素。它更侧重于天文研究。从宇航员生活在太空的现实来看,如何利用时间和记录时间是非常重要的。”

我们可能会利用社交周和社交月来记录社会事件和社会经济事件:节假日、生日、发薪日、周末、季度投资报告、假期计划、农业种植计划等。冈加尔说,他设计Mars日历的初衷偏向于娱乐。他希望通过这个日历计算,使火星卫星与卫星运行保持同步。月球绕地球轨道运行需要27天,地球平均一个月30天。

火卫一每天环绕火星3次,每30小时环绕火星2次。火星卫星运行所需的时间太短,无法划分一年中的时间。相反,在恒河的火星历法中,他把一年(相当于668个地球日)分为24个月,每月27或28个火星日,每周4个星期。有7天,一周中有几天是以太阳系天体命名的,火星月的名字用拉丁语和梵语,表示星座在十二宫。

火星日和火星月的名字非常有趣且非常实用。通过使用不同的名称,火星殖民者可以避免将火星与地球时间混为一谈。 Ganggal说:“在太空建立一个计时系统是非常重要的。未来,人类将实现太空基地与地球之间的贸易。周二火星上的太阳并不总是与地球星期二同时发生。可能对应于另一个星球上的三月,就像火星上的日子被称为'sol'一样,未来的太空殖民者将为“月”和“年”提出不同的术语名称以匹配地球系统是完全分开的。“

个别太空移民可能会根据当地环境改变他们的生活习惯。 Gangar已经为Io,Ganymede,Europa,Europa和Titan制作了相应的“Tarius火星日历”。除火星外,这些行星可能是人类的下一个空间前哨。对于靠近地球的太空殖民者,非营利组织LunarClock.org主张使用月球的标准时间和月历,每年12个“天”,其中“天”对应地球的月份,每个“日子”降落在月球上。宇航员将其命名,打破了传统的地球计时方法,即每天24小时,每月30天。

深空原子钟的定时误差仅为每150亿年1秒

其他太空殖民者必须面对一些挑战,形成地球计时系统的替代品,并且要现实和准时。地球上的计时系统由极其稳定的原子钟作为标准参考。原子钟每150亿年只有1秒钟。不幸的是,原子钟只是冰箱的大小。航天器的机载计时器使用超稳定的振荡器来计算航天器规划和执行的时间。美国宇航局太空飞行员吉尔舒伯特说:“它们并不是真正超级稳定。这种振荡计时器会随着时间的推移产生错误。”

第一个超稳定振荡器(USO)用于20世纪70年代的Voyager探测器,至今仍用于卫星系统。即使采用地球日定时方法,也必须重新校准这些卫星以确保GPS和其他技术的准确性,并且只有百万分之一秒意味着GPS误差可达到数百米。

工程师现在能够通过切换地球的精确时间和航天器的超稳定振荡器时间读数来解决这个问题。但是当我们进入更遥远的太空区域,或需要更多的即时操作时,依靠地球计时方法将变得很麻烦。如果以光速计算,地球只需要一秒钟到月球,地球到火星需要4分钟到22分钟,这取决于两个行星的相对位置,它们的相对位置随轨道而变化。

Sebbert是美国宇航局喷气推进实验室工程师团队的副首席研究员,该团队建造了第一个深空原子钟。他说:“现在,穿越深空的每艘宇宙飞船都是由宇航员驾驶的。我们计算了地面上航天器的轨道路径并将其上传到航天器。”

宇宙飞船不是依靠地球的通信系统,而是携带自己的原子钟,使它们能够保持更精确的当地时间,从而可以在没有地球帮助的情况下计算自己的位置并进行太空作战。 6月底,深空原子钟用SpaceX火箭发射。从8月开始,喷气推进实验室的科学家将对原子钟进行为期一年的评估,以确定其稳定性。

计时系统是空间殖民化的必要技术之一。

此外,计时系统将是太空殖民地基地的必要技术之一,它将作为计时器并且还可用作本地GPS。科幻电影经常向宇航员展示使用宇宙飞船的时间记录地图屏幕,控制月球或火星的表面。目前,没有相应的技术来实现上述功能,但深空原子钟可以提供准确的时间和位置来支持实时跟踪。

到目前为止,大多数太空计时系统的想法都是基于地球现有的技术,这可能不太现实,但也许太空移民会利用空间环境来设计一个新的计时系统。我们可以完全废除周,月和年的计时方法,并完全依靠当地时间进行计算。与《星际迷航》或基于Mars sol的日历系统中使用的星历系统一样,或者太空殖民地将更完全采用挪威北极城镇Sommar的计时方法,完全取消目前的计时系统。由于延长了几个月的月份和夜晚,挪威居民缺乏“白天计时”的概念,而旅行多年的太空旅行者或外星殖民者可能会遇到类似的情况。 Somajoy的居民Kjell Ove Hveding在媒体采访中谈到了独特的“时间障碍”。他说:“不同季节会有夜间延伸,但我们必须按时上班。即使我们下班,我们仍然要遵守时间规则。生活经验告诉我,我们不能故意,我们无法判断天气是好的。太糟糕了,太阳很清楚,我们所能做的就是顽固地生存。“

在太空中,太阳可能并不总是闪耀,但我们的太空探索基于同样的基础:只要它存活下来。

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