Tại sao Mặt trăng cần phải có đồng hồ riêng? Nhà khoa học đã giải thích!

Có lẽ điều kỳ lạ lớn nhất và khó hiểu nhất trong vũ trụ của chúng ta chính là vấn đề cố hữu trong việc tính thời gian: Giây phút trôi qua nhanh hơn một chút khi ở trên đỉnh núi so với khi ở trong thung lũng trên Trái Đất. Trên thực tế, hầu hết mọi người không cần phải lo lắng về những khác biệt đó. Tuy nhiên, cuộc chạy đua không gian mới đã khiến Hoa Kỳ và các đồng minh, cũng như Trung Quốc, nhanh chóng xây dựng các khu định cư lâu dài trên Mặt Trăng, và điều đó một lần nữa đã đưa những đặc điểm riêng của thời gian lên hàng đầu.

Vấn đề về sự khác biệt thời gian giữa Trái Đất và Mặt Trăng
Trên bề mặt Mặt Trăng, một ngày trên Trái Đất sẽ ngắn hơn khoảng 56 micro giây so với trên hành tinh của chúng ta, một con số nhỏ nhưng có thể dẫn đến sự không nhất quán đáng kể theo thời gian. NASA và các đối tác quốc tế hiện đang phải vật lộn với câu đố này. Cheryl Gramling, giám đốc phụ trách vị trí, định vị, thời gian và tiêu chuẩn của Mặt Trăng tại Trung tâm bay vũ trụ Goddard của NASA ở Maryland, cho biết các nhà khoa học không chỉ muốn tạo ra một “múi giờ” mới trên Mặt Trăng như một số tiêu đề đã đưa tin. Thay vào đó, cơ quan vũ trụ này và các đối tác đang muốn tạo ra một “thang thời gian” hoàn toàn mới, hay hệ thống đo lường tính đến thực tế là từng giây trôi qua nhanh hơn trên Mặt Trăng.

Hình ảnh ở đây là đồng hồ mặt trời bằng đá cẩm thạch cũ tại Cung điện Paco de Sao Miguel ở Evora, Bồ Đào Nha. Đồng hồ mặt trời đã giúp con người duy trì lịch trình trong hàng thiên niên kỷ.Ảnh Địa lý/Universal Images Group/Getty Images
Mục tiêu của NASA là hợp tác với các đối tác quốc tế để thiết lập một phương pháp mới để theo dõi thời gian, cụ thể là đối với Mặt Trăng, mà các quốc gia có hoạt động thám hiểm không gian đồng ý tuân thủ. Một bản ghi nhớ gần đây từ Nhà Trắng cũng chỉ đạo NASA vạch ra kế hoạch cho thang thời gian mới này trước ngày 31 tháng 12, gọi đó là “nền tảng” cho những nỗ lực mới của Hoa Kỳ nhằm khám phá bề mặt Mặt Trăng. Bản ghi nhớ cũng yêu cầu NASA triển khai một hệ thống như vậy vào cuối năm 2026, cùng năm mà cơ quan vũ trụ này đang hướng tới mục tiêu đưa các phi hành gia trở lại Mặt Trăng lần đầu tiên sau năm thập kỷ.

Thí nghiệm đo thời gian và ứng dụng thuyết tương đối trong việc tính giờ
Để giải thích cho những khác biệt không thể nhận thấy về thời gian trên Trái Đất, các nhà khoa học đã thực hiện các thí nghiệm sử dụng đồng hồ nguyên tử, một công cụ cực kỳ chính xác dựa trên sự rung động của các nguyên tử để đo thời gian trôi qua. Các thí nghiệm này cho thấy rằng các đồng hồ nguyên tử trên bề mặt Trái Đất sẽ chạy chậm hơn khi chúng ở gần một vật thể có khối lượng lớn, như hành tinh của chúng ta, do ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Điều này chứng minh lý thuyết của Albert Einstein về thuyết tương đối, theo đó trọng lực làm chậm thời gian lại.

Nhà vật lý người Đức Albert Einstein, trong ảnh chụp năm 1939, đã phát triển thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. MPI/Ảnh lưu trữ/Hình ảnh Getty
Thuyết tương đối rộng của Einstein đã mở ra một khuôn khổ mới để hiểu về không gian và thời gian. Theo lý thuyết này, không gian và thời gian là một thực thể chung, giống như một tấm vải treo lơ lửng trên không gian. Các vật thể trong vũ trụ, từ Mặt Trời đến các hành tinh, đều có khả năng làm cong không gian và thời gian tùy thuộc vào khối lượng của chúng. Điều này có nghĩa là thời gian sẽ trôi chậm hơn ở những nơi có lực hấp dẫn mạnh, như gần bề mặt của các hành tinh.

Tạo ra thang thời gian mới cho Mặt Trăng
Việc thiết lập một hệ thống thời gian chính xác cho các hoạt động thám hiểm ngoài không gian không chỉ quan trọng cho các nghiên cứu khoa học mà còn ảnh hưởng đến việc đồng bộ hóa các hoạt động của các phi hành gia trên Mặt Trăng. Ví dụ, khi các phi hành gia di chuyển trên Mặt Trăng hoặc giao tiếp với các cơ sở ngoài không gian, các hoạt động này cần phải được đồng bộ hóa chính xác với thời gian địa phương trên Mặt Trăng. Điều này sẽ giúp họ duy trì lịch trình và đảm bảo sự phối hợp hiệu quả giữa các nhiệm vụ thám hiểm.

Các phi hành gia tại Trạm vũ trụ quốc tế có thể sử dụng thời gian Trái đất để tuân thủ đúng lịch trình. Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA)
Lịch sử đo thời gian của Trái Đất và sự phát triển của đồng hồ cơ học
Những chiếc đồng hồ mặt trời đơn giản hay các khối đá theo dõi bóng đổ khi mặt trời đi qua đã giúp con người đo lường sự trôi qua của thời gian từ rất lâu. Tuy nhiên, kể từ khi đồng hồ cơ học được phát minh vào đầu thế kỷ 14, sự đo lường thời gian đã trở nên chính xác hơn nhiều. Đến đầu thế kỷ 20, với sự phát triển của thuyết tương đối của Einstein, việc tính chính xác thời gian đã trở nên phức tạp hơn, khi các nhà khoa học bắt đầu nhận ra rằng thời gian không phải là một giá trị tuyệt đối mà thay đổi tùy theo điều kiện không gian và trọng lực.

Đồng hồ nguyên tử CS2 được nhìn thấy tại Viện Kỹ thuật Vật lý PTB, Viện Đo lường Quốc gia Đức, ở miền bắc nước Đức vào ngày 11 tháng 4 năm 2008. Đồng hồ nguyên tử là công cụ cực kỳ chính xác sử dụng sự rung động của các nguyên tử để đo sự trôi qua của thời gian. Focke Strangmann/AP
Giải pháp cho sự phức tạp trong đo thời gian
Để giải quyết những khác biệt này, các nhà khoa học đã thiết lập một hệ thống đồng hồ nguyên tử toàn cầu, giúp đồng bộ hóa thời gian và cung cấp Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC) cho toàn bộ hành tinh. Tuy nhiên, đôi khi “giây nhuận” được thêm vào để điều chỉnh sự thay đổi trong tốc độ quay của Trái Đất, giữ cho UTC khớp với thời gian thực tế.

Tàu thăm dò Mặt Trăng của NASA đã chụp được hình ảnh này của Malapert Massif vào ngày 3 tháng 3 năm 2023. Ngọn núi trên Mặt Trăng này là địa điểm hạ cánh tiềm năng cho Artemis III, một sứ mệnh của NASA có thể được phóng sớm nhất vào năm 2026 và đưa các phi hành gia lên Mặt Trăng lần đầu tiên sau nhiều thập kỷ. NASA/GSFC/Đại học Tiểu bang Arizona
Kết luận
Việc gửi đồng hồ lên Mặt Trăng không chỉ là một bước đi quan trọng đối với các nhiệm vụ thám hiểm không gian trong tương lai mà còn là một thách thức về việc đồng bộ hóa thời gian giữa các hành tinh. NASA và các đối tác quốc tế đang hướng tới một hệ thống thời gian mới cho Mặt Trăng, điều này sẽ có ảnh hưởng sâu rộng đối với các dự án không gian và khoa học trong tương lai.