La razón por la que el tiempo corre más rápido en la Luna
La exploración de nuestro satélite está a punto de volver a la vida. Y esto hace imprescindible establecer con mucha precisión los efectos de la dilatación del tiempo
Redacción – Dimensión
El tiempo es uno de esos conceptos que parecen obvios. Eso hasta que la física se interpone en su camino. Porque mientras en nuestra vida cotidiana el tiempo es un punto de referencia inmutable, Einstein nos enseñó que en cuanto ponemos la nariz fuera de nuestro planeta, al tiempo le puede pasar cualquier cosa: a veces va más rápido, a veces más lento. Y si empezamos a viajar por el mundo de la física cuántica, puede incluso correr hacia atrás, o resultar ser una mera ilusión. Para la mayoría de nosotros, se trata de conceptos puramente abstractos. Pero para un astronauta que se dispone a explorar el Sistema Solar, los caprichos del espacio-tiempo empiezan a tener consecuencias muy reales.
En la Luna, por ejemplo, el tiempo fluye más rápido debido a que esta genera un campo gravitatorio más débil que el de la Tierra. Y esto significa no solamente que los habitantes de su superficie envejecen más deprisa (aunque sea imperceptiblemente), sino también que no se puede confiar en la hora de la Tierra como sistema de referencia temporal, sobre todo si se quiere utilizar el GPS y sistemas de navegación similares con base en lecturas del tiempo con precisión de nanosegundos. Por este motivo, ya hace tiempo que se debate cómo crear un huso horario lunar, que permitiría a todas las agencias espaciales coordinar sus actividades en el satélite. Y un nuevo estudio realizado por investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL) podría ayudar a alcanzar rápidamente este objetivo, porque ha calculado la velocidad a la que fluye el tiempo en la Luna con respecto al de la Tierra con una precisión de hasta una millonésima de segundo.
SÍ, EL TIEMPO ES RELATIVO
Que el espacio y el tiempo son magnitudes relativas nos lo explicó Albert Einstein. En su Relatividad General, demostró que el tiempo fluye más lentamente cuanto más cerca se está de un cuerpo con una masa extremadamente elevada. El concepto es poco intuitivo, pero si se compara el tiempo calculado por un reloj en la superficie de la Tierra y el calculado en órbita, por ejemplo en la Estación Espacial Internacional (ISS), uno se da cuenta de que, en relación con el de la Tierra, el tiempo en órbita transcurre más deprisa. Esto se debe a que la masa de la Tierra distorsiona el tiempo espacial, como se ha demostrado de manera práctica utilizando relojes atómicos precisos.
Sin embargo, este no es el único fenómeno que provoca la dilatación del tiempo: la velocidad con la que se desplaza un cuerpo también influye en el flujo del tiempo, y más concretamente, cuanto más rápido se desplaza un cuerpo, más lento fluye el tiempo para un observador externo. De hecho, este segundo tipo de dilatación del tiempo tiene efectos más evidentes que el primero, al menos en el espacio que nos rodea (si estuviéramos cerca de un agujero negro supermasivo, las cosas podrían ser diferentes), y por eso en la estación espacial internacional que acabamos de mencionar, el tiempo acaba fluyendo más lento que en la Tierra. Más lento que en la Tierra, porque la dilatación gravitatoria del tiempo (ligada a la distancia al centro de la Tierra) es mucho menor que la debida a la velocidad a la que viaja en órbita, que es mucho mayor que a la que se mueve nuestro planeta. El resultado: tras una misión de seis meses en la ISS, un astronauta vuelve a casa unos 0.005 segundos más joven de lo que habría sido de haber permanecido en la superficie de nuestro planeta. Este fenómeno ha sido verificado experimentalmente.
Llegados a este punto, conviene aclarar: que el tiempo fluya más o menos lentamente no significa que alguien que se desplace a muy alta velocidad, tal vez en una nave espacial, experimente el flujo del tiempo de forma diferente a la normal; para quienes se encuentren dentro del interior del sistema en movimiento, el tiempo fluirá como de costumbre, pero un reloj atómico en el interior de nuestra hipotética nave espacial, comparado con uno en el exterior, marcará un tiempo diferente. Estos efectos de dilatación del tiempo se dan en todas partes, incluso dentro de la atmósfera terrestre (en la cima del monte Everest se está más lejos del centro de la Tierra que en la superficie, y uno se mueve a una velocidad ligeramente superior), pero solamente se hacen apreciables cuando uno se aleja de nuestro planeta, por ejemplo, a la Luna.
¿QUÉ HORA ES EN LA LUNA?
¿Por qué es importante poder calcular con precisión el paso del tiempo en la Luna? Es fácil decirlo; en los próximos años están previstas numerosas misiones lunares por parte de todas las agencias espaciales de nuestro planeta, y sin un huso horario lunar exacto al nanosegundo será muy difícil coordinar aterrizajes y despegues, operaciones conjuntas y, en general, orientarse con la precisión necesaria en el complejo entorno lunar de dunas, barrancos y paredes escarpadas. Y sobre todo, los sistemas de navegación como el GPS necesitan poder calcular con la máxima precisión la dilatación temporal predicha por la relatividad de Einstein para funcionar correctamente.
En efecto, el GPS tiene su base en la recepción de la señal enviada por cuatro satélites que transmiten constantemente. El receptor debe calcular el ligerísimo retraso con que le llega la señal de los satélites, que es función de la distancia que recorre, y con ello la posición relativa de los satélites en órbita, a partir de la cual extrapola luego la suya. Para lograrlo, todos los aparatos GPS están equipados con algoritmos que tienen en cuenta la dilatación temporal a la que están sometidos los satélites debido a la velocidad a la que viajan en órbita, sin la cual incluso este minúsculo desfase produciría una localización tan inexacta que inutilizaría todo el sistema. Para hacer lo mismo en la Luna, como prevé por ejemplo el proyecto Moonlight, en el que participan la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA, necesitaremos no solo satélites dedicados en órbita lunar, sino también la capacidad de calcular la dilatación temporal de nanosegundos en la Luna, y el desfase que existe con el tiempo terrestre.
EL NUEVO ESTUDIO
La nueva investigación, publicada por ahora como pre-print, forma parte del mandato que la Casa Blanca ha entregado a la NASA en los últimos meses: diseñar un huso horario lunar, o Coordinated Lunar Time (LTC), para 2026, que se utilizará durante las próximas misiones humanas al satélite, y convencer a otras potencias espaciales para que lo adopten, con el fin de disponer de un acuerdo internacional que guíe las actividades de exploración y explotación en la Luna en las próximas décadas. Con este objetivo en mente, calcular el desfase entre el tiempo lunar y el terrestre es crucial, y eso es lo que se propusieron hacer en el JPL de la NASA.
Los autores del estudio decidieron hacer sus cálculos tomando como referencia el centro de gravedad del Sistema Solar. Se trata de un punto de referencia utilizado habitualmente en astronomía para calcular con precisión las órbitas de los planetas, y es la base del tiempo dinámico baricéntrico (TDB), una referencia temporal que tiene en cuenta los efectos relativistas. Transformar el tiempo terrestre en TDB es ya una operación rutinaria, para el tiempo lunar, sin embargo, se necesitaban bastantes cálculos, y esto es lo que hicieron los investigadores del Jet Propulsion Laboratory en su estudio. El resultado indica que el tiempo fluye 57.5 microsegundos al día más rápido en la Luna que en la Tierra. En la práctica, se trata obviamente de una diferencia trivial: después de 50 años en la Luna, un astronauta sería apenas un segundo más viejo que una persona en la Tierra.
Para trabajar en un huso horario lunar, sin embargo, es una diferencia crucial, y el resultado coincide con el de un intento similar reciente, que había estimado la diferencia entre la hora lunar y la terrestre con base en las órbitas de los dos cuerpos celestes, arrojando una desviación de unos 56microsegundos. Trabajando sobre las ecuaciones que condujeron a los dos resultados, y armonizando los mismos, la comunidad científica debería tener todo lo necesario para establecer oficialmente el huso horario lunar, decisión que corresponderá a organismos internacionales como la Unión Astrológica Internacional o el Comité Internacional de Pesos y Medidas.
Como informa New Scientist uno de los autores del estudio más reciente, el físico ruso Slava Turyshev, en un principio lo más probable es que la Luna tenga un único huso horario (ya que incluso en la Tierra los husos horarios existen principalmente para alinear nuestras actividades con los períodos de sol y oscuridad, lo que probablemente no sea necesario en la Luna, al menos hasta que sea colonizada de forma permanente), y será necesario establecer una fecha oficial de inicio a partir de la cual seguir la hora lunar, como se hizo en la Tierra sincronizando los relojes atómicos con la fecha del 1 de enero de 1977. Hablando de relojes atómicos, tarde o temprano será necesario enviar también algunos a la Luna, porque, de acuerdo con Turyshev, incluso en astrometría no hay nada mejor que las mediciones en vivo. Para eso, sin embargo, queda tiempo. Por ahora, el objetivo es devolver seres humanos al suelo lunar, una meta que sigue fijada para septiembre de 2025.
