En la Luna el tiempo pasa más rápido

En abril de 2024, la Casa Blanca lanzó un desafío a los científicos para que establecieran un estándar de tiempo lunar, con miras a una mayor presencia internacional en la Luna y posibles bases humanas como parte de la iniciativa Artemis de la NASA. Parece fácil: adaptar la hora al tiempo lunar, pero resultó ser mucho más complejo. Tal y como predijo Albert Einstein.

La hora que marca un reloj puede ser determinada por cualquier cronometrador, pero la física determina qué tan rápido pasa el tiempo. A principios del siglo XX, Einstein determinó que dos observadores no se pondrían de acuerdo sobre cuánto dura una hora si no se mueven a la misma velocidad en la misma dirección. Ese desacuerdo también se da entre una persona en la superficie de la Tierra y otra en órbita o en la Luna.

“Si estamos en la Luna, los relojes van a funcionar de manera diferente que en la Tierra – explica el físico teórico Bijunath Patla del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) -. El movimiento de la Luna en relación con el nuestro hace que los relojes funcionen más lento que el estándar de la Tierra, pero su menor gravedad hace que funcionen más rápido. Por lo tanto, estos son dos efectos en competencia, y el resultado neto de esto es una desviación de 56 microsegundos por día”.

El equipo de Patla utilizó la teoría de la relatividad general de Einstein para calcular este número, una mejora con respecto a los análisis anteriores. Los resultados se publicaron en el Astronomical Journal.

Aunque una diferencia de 56 microsegundos es pequeña para los estándares humanos, es significativa cuando se trata de guiar múltiples misiones con precisión milimétrica o de comunicarse entre la Tierra y la Luna.

“Lo fundamental es la seguridad de la navegación en el contexto de un ecosistema lunar cuando hay mucha más actividad en la Luna que ahora – afirma Cheryl Gramling, ingeniera de sistemas del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA-. En lo que respecta a la navegación, una diferencia de 56 microsegundos a lo largo de un día entre un reloj en la Luna y un reloj en la Tierra es una gran diferencia, por lo que hay que tenerla en cuenta”.

La navegación de precisión moderna se basa en la sincronización de relojes, lo que implica la coordinación mediante ondas de radio, que viajan a la velocidad de la luz. Gramling señaló que la luz viaja 30 centímetros en 1 nanosegundo (0,001 microsegundo), un tiempo increíblemente corto para los estándares humanos, por lo que no tener en cuenta la discrepancia de 56 microsegundos podría dar lugar a errores de navegación de hasta 17 kilómetros por día. Incluso una fracción de eso es inaceptable cuando se trata de misiones como Artemis, que requerirán conocer la posición de cada rover, módulo de aterrizaje o astronauta con una precisión de 10 metros en todo momento.

Un resultado clave de la teoría de la relatividad es que no existe tal cosa como el tiempo absoluto. Un reloj en la superficie de la Tierra marcará más lentamente que uno en órbita debido a los efectos gravitacionales, por lo que los satélites GPS deben tener en cuenta la relatividad. De hecho, el tiempo universal coordinado y otros estándares en la Tierra también utilizan redes de relojes que corrigen pequeñas diferencias gravitacionales en varias elevaciones.

Determinar la diferencia en el cronometraje entre la Tierra y la Luna agrega complicaciones adicionales. La Luna se mueve en relación con cualquier punto en la superficie de la Tierra debido a nuestra rotación y su órbita alrededor de nosotros, lo que significa que cualquier reloj lunar parecerá funcionar más lento desde nuestro punto de vista. Además, cualquier reloj de la Luna se ve afectado por la gravedad de la Luna y de la Tierra.

Pasarán muchos años o décadas antes de que la Luna esté poblada por suficientes humanos y robots como para necesitar este nivel de cronometraje. Sin embargo, los científicos e ingenieros reconocen lo importante que es tener una hora lunar estándar establecida mucho antes de que sea necesaria. Ahora han dado ese difícil primer paso para saber qué hora es en la Luna.