太空殖民者必須面對(duì)一些挑戰(zhàn)，形成一個(gè)地球計(jì)時(shí)系統(tǒng)的替代方法，并且能夠真實(shí)守時(shí)。地球上的計(jì)時(shí)系統(tǒng)是由極其穩(wěn)定的原子鐘作為標(biāo)準(zhǔn)參照，原子鐘每 150 億年計(jì)時(shí)誤差僅 1 秒

　　北京時(shí)間 7 月 11 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，未來(lái)太空殖民者如何記錄時(shí)間呢?地球上的年、月和日的時(shí)間記錄方式并不適用于火星或者月球。

　　7 月 10 日，美國(guó)科學(xué)家舉辦一場(chǎng)名為“我們將如何在太空中管理自己”的研討活動(dòng)。當(dāng)前，我們生活在人類超越地球、太空擴(kuò)張殖民的探索時(shí)代前沿，依據(jù)最新披露的美國(guó)宇航局報(bào)告，該機(jī)構(gòu)計(jì)劃 2028 年建造一個(gè)月球基地。這個(gè)殖民基地將使我們能夠測(cè)試抵達(dá)火星所需的技術(shù)和工具，然后揭曉人類未來(lái)探索哪顆星球。

　　如何在太空中記錄時(shí)間，看似簡(jiǎn)單實(shí)際很復(fù)雜

　　建立太空殖民基地和長(zhǎng)期飛行存在著諸多技術(shù)障礙，例如：人類如何在太空中獲取食物?我們?nèi)绾翁幚硖绽?在地球上，這些問(wèn)題被認(rèn)為是理所當(dāng)然、不足為奇。未來(lái)人類實(shí)現(xiàn)太空生活首先需要解決一個(gè)問(wèn)題——我們?nèi)绾斡涗洉r(shí)間。

　　記錄時(shí)間的解決方法可能很簡(jiǎn)單，帶上手表或者查看日歷，或者刻畫記錄每一天!目前人類唯一全時(shí)太空基地——國(guó)際空間站就是采用這種方法記錄時(shí)間，空間站工作人員按照格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間記錄時(shí)間，通過(guò)與地球保持密切接觸，他們可以獲得最新時(shí)間校準(zhǔn)。

　　國(guó)際空間站一天可看到 16 次日出和日落

　　但是太空殖民地保持地球時(shí)間記錄系統(tǒng)也存在很大挑戰(zhàn)，原因之一是忽略當(dāng)?shù)卣鎸?shí)性使用一種時(shí)間記錄方式的操作難度較大，讓宇航員遵循 24 小時(shí)格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)易于保持地面控制同步，但是以地球時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)作為宇航員太空睡眠作息，將嚴(yán)重影響他們每天的晝夜節(jié)律，宇航員需要克服不穩(wěn)定的光線循環(huán)周期。例如：國(guó)際空間站每 90 分鐘環(huán)繞地球一周，所以在典型的地球 24 小時(shí)一天時(shí)間周期中，宇航員每天會(huì)看到 16 次日出和日落。

　　雖然宇航員可以在太空中持續(xù)生活幾個(gè)月時(shí)間，但是宇航員在國(guó)際空間站期間存在一種非永久性，我們知道他們不會(huì)永遠(yuǎn)在那里。在地球之外遙遠(yuǎn)區(qū)域建立的太空基地可能采用地球時(shí)間系統(tǒng)和日歷，同時(shí)他們可能建造一個(gè)新的人類社會(huì)，隨著時(shí)間的推移，可能需要更適合他們太空生活的永久性解決方案。

　　專家提出“大流士火星歷”

　　天文學(xué)家、科幻作家和癡迷的天文愛好者提出了一系列建議，為潛在的太空殖民基地建立新的計(jì)時(shí)系統(tǒng)。對(duì)那些夢(mèng)想在太空定居生活的人來(lái)講，火星擁有特殊的吸引力，讓人們產(chǎn)生足夠的想象，任何定居者將在這里長(zhǎng)期生活，并形成獨(dú)特的生活系統(tǒng)。航空宇宙工程師托馬斯·岡加勒(Thomas Gangale)是“大流士火星歷”的提出者，這是一套為了未來(lái)殖民在火星上的拓荒者而設(shè)計(jì)的新型歷法，是 1985 年岡加勒設(shè)計(jì)的，并以自己兒子的名字“大流士”命名。之后“大流士火星歷”多次出現(xiàn)在一些科幻小說(shuō)中，其中包括：科幻作家哈努·拉賈涅米(Hannu Rajaniemi)撰寫的《量子小偷》、《星際迷航》系列劇中的時(shí)間調(diào)查篇章，記錄了一個(gè)調(diào)查時(shí)間旅行機(jī)構(gòu)的冒險(xiǎn)經(jīng)歷。

　　岡加勒說(shuō)：“如果我們要將人類送到火星上定居，他們需要根據(jù)火星的自然規(guī)律來(lái)計(jì)算時(shí)間，大流士火星歷傳承了地球傳統(tǒng)計(jì)時(shí)方法，并且適應(yīng)火星自轉(zhuǎn)和環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律。地球自轉(zhuǎn)一次是 23 小時(shí) 56 分鐘，火星自轉(zhuǎn)時(shí)間略微長(zhǎng)一些，一個(gè)火星日是 24 小時(shí) 40 分鐘，火星日的天文學(xué)單位稱為‘sol’。火星環(huán)日軌道長(zhǎng)度是地球的兩倍，它環(huán)繞太陽(yáng)一周相當(dāng)于 687 個(gè)地球日，計(jì)算為 668 sols。

　　我們可以將時(shí)間測(cè)量停留在 sol 等級(jí)上，事實(shí)上，許多火星日歷建議采用這一點(diǎn)。在地球上，儒略歷對(duì)每個(gè)地球日分配一個(gè)數(shù)字，從公元前 4713 年 1 月 1 日開始算起，作為“0 天”。這使得計(jì)算以天為基礎(chǔ)的時(shí)間表變得更加簡(jiǎn)單，就像計(jì)算食物保質(zhì)期一樣。

　　同樣地，火星以 sol 為基礎(chǔ)的日歷計(jì)算方法相似，是從“0 天”開始計(jì)算，岡加勒稱，或者我們可以假設(shè)任何火星歷的開始都是以 1610 年 1 月伽利略首次望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到火星為準(zhǔn)，或者“0 天”可以與火星上其他重要里程碑事件相吻合，例如：1965 年 7 月 14 日“水手 4 號(hào)”飛船首次飛越火星，1971 年 11 月 27 日“火星 2 號(hào)”飛船首次著陸火星。

　　岡加勒說(shuō)：“但是我們?nèi)祟愂怯辛?xí)慣的動(dòng)物，很可能會(huì)建立一個(gè)以我們?cè)诘厍蛏蠐碛幸恍┫嗤瑑r(jià)值觀和傳統(tǒng)為中心的社會(huì)，很多天文學(xué)家并沒有考慮到守時(shí)的社會(huì)方面，而是更多地專注于天文學(xué)研究。從宇航員在太空生活的實(shí)際出發(fā)，如何利用時(shí)間和記錄時(shí)間是非常重要的。”

　　我們很可能希望使用周數(shù)和月數(shù)記錄社會(huì)活動(dòng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件：假日、生日、發(fā)薪日、周末、季度投資報(bào)告、休假計(jì)劃、農(nóng)業(yè)種植計(jì)劃等。岡加勒表示，他設(shè)計(jì)火星日歷的初衷偏于娛樂(lè)，想通過(guò)這種日歷計(jì)算使火星月與衛(wèi)星運(yùn)行保持同步，月球環(huán)繞地球運(yùn)行一周需要 27 天時(shí)間，地球 1 個(gè)月平均是 30 天。

　　火衛(wèi)一環(huán)繞火星一天 3 次，火衛(wèi)二每隔 30 小時(shí)環(huán)繞火星一次，火星衛(wèi)星環(huán)繞其運(yùn)行的時(shí)間太短暫，很難對(duì)一年的時(shí)間進(jìn)行劃分。相反，在岡加勒的火星日歷中，他將一年(相當(dāng)于 668 個(gè)地球日)分為 24 個(gè)月，每個(gè)月有 27 或者 28 個(gè)火星日，每月有 4 個(gè)周，每個(gè)周有 7 天，一周中的幾天時(shí)間是以太陽(yáng)系天體命名，火星月的命名使用了拉丁語(yǔ)和梵語(yǔ)，表示黃道十二宮中的星座。

　　火星日和火星月的命名非常有趣，并且非常實(shí)用。通過(guò)使用不同的名稱，火星殖民者可以避免將火星和地球時(shí)間混淆。岡加勒說(shuō)：“在太空建立計(jì)時(shí)系統(tǒng)是非常重要的，未來(lái)人類將實(shí)現(xiàn)太空基地與地球的貿(mào)易往來(lái)。火星星期二的太陽(yáng)并非總是與地球星期二在相同時(shí)間落下，一顆星球上的 1 月份可能對(duì)應(yīng)于另一顆星球上的 3 月份，就像火星上的一天被稱為‘sol’一樣，未來(lái)的太空殖民者將會(huì)想出‘月’和‘年’的不同術(shù)語(yǔ)名稱，以便與地球系統(tǒng)完全區(qū)分開來(lái)。”

　　個(gè)別太空移民可能會(huì)依據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境而改變自己的生活習(xí)慣，岡加勒已經(jīng)對(duì)木衛(wèi)一、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四、木衛(wèi)二和土衛(wèi)六制作相應(yīng)的“大流士火星歷”，這些星球可能是人類除火星之外的下一個(gè)太空前哨站。對(duì)于接近地球的太空殖民者，非贏利組織 LunarClock.org 倡導(dǎo)使用月球標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和月球日歷，每年由 12“天”組成，這里的“天”相對(duì)應(yīng)于地球月份，每“天”以登陸月球的宇航員命名，打破了 1 天 24 小時(shí)、1 個(gè)月 30 天的傳統(tǒng)地球計(jì)時(shí)方式。

　　深空原子鐘每 150 億年計(jì)時(shí)誤差僅 1 秒

　　其他太空殖民者必須面對(duì)一些挑戰(zhàn)，形成一個(gè)地球計(jì)時(shí)系統(tǒng)的替代方法，并且能夠真實(shí)守時(shí)。地球上的計(jì)時(shí)系統(tǒng)是由極其穩(wěn)定的原子鐘作為標(biāo)準(zhǔn)參照，原子鐘每 150 億年計(jì)時(shí)誤差僅 1 秒。可惜的是，原子鐘僅是冰箱一般大小。太空飛船機(jī)載計(jì)時(shí)器是使用超穩(wěn)定的振蕩器來(lái)計(jì)算時(shí)間，便于太空飛船規(guī)劃和執(zhí)行相應(yīng)操作。美國(guó)宇航局深空駕駛員吉爾·塞伯爾特(Jill Seubert)說(shuō)：“它們并非真實(shí)的超級(jí)穩(wěn)定，這種振蕩計(jì)時(shí)器隨著時(shí)間的推移會(huì)產(chǎn)生誤差。”

　　首個(gè)超穩(wěn)定振蕩器(USO)應(yīng)用在上世紀(jì) 70 年代的“旅行者號(hào)”探測(cè)器，如今仍在人造衛(wèi)星系統(tǒng)上使用。即使是采用地球日計(jì)時(shí)方式，這些衛(wèi)星也必須重新校對(duì)，以確保 GPS 等技術(shù)的準(zhǔn)確性，僅差百萬(wàn)分之一秒就意味著 GPS 誤差可達(dá)數(shù)百米。

　　目前，工程師們通過(guò)轉(zhuǎn)換地球精確時(shí)間和太空飛船的超穩(wěn)定振蕩器時(shí)間讀數(shù)，能夠有效解決這一問(wèn)題。但是隨著我們進(jìn)入更遙遠(yuǎn)的太空區(qū)域，或者需要更多的即時(shí)操作，仍然依賴地球計(jì)時(shí)方式將變得很麻煩。如果以光速進(jìn)行計(jì)算，地球至月球僅需 1 秒，而地球至火星則需要 4 分鐘至 22 分鐘，這主要取決于兩顆行星的相對(duì)位置，它們的相對(duì)位置會(huì)隨著軌道的變化而變化。

　　塞伯爾特是美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室工程師團(tuán)隊(duì)的副首席研究員，該實(shí)驗(yàn)室建造了第一個(gè)深空原子鐘。他說(shuō)：“現(xiàn)在每一艘穿越深空的太空飛船都由宇航員駕駛，我們?cè)诘孛嫔嫌?jì)算太空飛船的軌道路徑，然后上傳至太空飛船。”

　　太空飛船不是依賴地球通訊系統(tǒng)，而是自身攜帶原子鐘，從而使它們能夠保持更精確的當(dāng)?shù)貢r(shí)間，反過(guò)來(lái)可計(jì)算他們自己的位置，并在沒有來(lái)自地球幫助的情況下執(zhí)行太空操作。6 月底，深空原子鐘搭載一枚 SpaceX 火箭發(fā)射升空，從 8 月開始，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家將對(duì)這個(gè)原子鐘進(jìn)行為期 1 年的評(píng)估分析，以確定它的穩(wěn)定性。

　　計(jì)時(shí)系統(tǒng)是太空殖民生活必要技術(shù)之一

　　此外，計(jì)時(shí)系統(tǒng)將是太空殖民基地必要的技術(shù)之一，它將作為一種計(jì)時(shí)器，也起到當(dāng)?shù)?GPS 的作用。科幻電影經(jīng)常顯示宇航員使用帶有時(shí)間記錄地圖屏幕的太空飛船，操控在月球或者火星表面。目前，還不具備相應(yīng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)以上功能，但是深空原子鐘可以提供足夠精確的時(shí)間和位置，來(lái)支持實(shí)時(shí)跟蹤。

　　迄今為止，大多數(shù)太空計(jì)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)想都是基于地球現(xiàn)有技術(shù)，這可能不太現(xiàn)實(shí)，但也許太空移民者會(huì)利用太空環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)全新的計(jì)時(shí)系統(tǒng)。我們可以完全廢除周、月、年的計(jì)時(shí)方法，而僅僅依靠當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間進(jìn)行計(jì)算。就像《星際迷航》中使用的星歷系統(tǒng)或者火星 sol 為基礎(chǔ)的日歷系統(tǒng)，或者太空殖民地更徹底地將采用挪威北極小鎮(zhèn)索瑪若伊(Sommarøy)的計(jì)時(shí)方法，完全廢除當(dāng)前計(jì)時(shí)系統(tǒng)，由于這里有長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月的黑夜和白天延長(zhǎng)時(shí)期，挪威居民缺少類型的“天計(jì)時(shí)”概念，持續(xù)多年長(zhǎng)途旅行的太空旅行者或者外星球殖民者可能會(huì)經(jīng)歷類似的情景。索瑪若伊鎮(zhèn)居民謝爾·奧韋·赫威汀(Kjell Ove Hveding)在接受媒體記者采訪時(shí)談到了當(dāng)?shù)鬲?dú)特的“計(jì)時(shí)障礙”。

　　他說(shuō)：“當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)會(huì)出現(xiàn)黑夜延長(zhǎng)的現(xiàn)象，但我們不得不按時(shí)上班，即使下班了，我們?nèi)匀灰裱瓡r(shí)間規(guī)律進(jìn)行生活。生活經(jīng)驗(yàn)告訴我，我們不能任性，我們個(gè)人意愿無(wú)法決定天氣好壞，太陽(yáng)是否晴朗，我們能做的僅是頑強(qiáng)地生存下來(lái)。”

　　在太空中，太陽(yáng)可能不會(huì)一直發(fā)光，但是我們太空探索是建立在一個(gè)相同的基礎(chǔ)之上：只要能存活下來(lái)就行!
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