Determinare il tempo lunare è fondamentale per le future missioni con equipaggio. L’Università di Neuchâtel (UNINE) ha appena sviluppato un orologio atomico ultraminiaturizzato per contribuire a risolvere questo problema. È stato presentato questa settimana in una conferenza.
Cinquantacinque anni dopo il programma americano Apollo, che vide Neil Armstrong mettere piede per la prima volta sulla Luna, la stella vedrà presto atterrarvi diverse navi umane, e poi probabilmente costruirvi delle basi. Poter coordinare le proprie attività, comunicare (sul posto e con la Terra) e soprattutto geolocalizzarsi proprio sulla superficie di Selene, grazie ai satelliti in orbita lunare, sarà di cruciale importanza.
Per rendere ciò possibile, è necessario stabilire il “tempo lunare coordinato”, o LTC. Nell’aprile 2024, l’Office of Science and Technology Policy (OSTP) degli Stati Uniti ha chiesto alla NASA di affrontare il problema entro la fine del 2026. E già nel 2023, l’Agenzia spaziale europea (ESA) aveva sollevato il problema.
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Secondo gli esperti, esistono diversi modi per determinare una volta per tutte questa LTC. “Innanzitutto potremmo dire che utilizziamo lo stesso tempo che abbiamo sulla Terra, che si chiama UTC, Coordinated Universal Time”, spiega nel telegiornale delle 19:30 Patrizia Tavella, direttrice del Dipartimento del Tempo dell’Ufficio Internazionale dei Pesi e dei Pesi Misurazioni (BIPM) di Parigi. “Questa ora UTC è calcolata con tutti gli orologi atomici del mondo, circa 400.”
Due centesimi all’anno
Cioè, la Luna avrebbe un fuso orario dedicato e l’ora lunare verrebbe calcolata aggiungendo o sottraendo un certo numero di ore dall’ora GMT di Londra. Ma c’è un problema, e non ultimo: la Luna è molto meno massiccia della Terra. Esercita quindi una forza di gravità più debole rispetto al nostro pianeta. Con la conseguenza – sorprendente ma molto reale, e formulata una volta da Einstein nella sua teoria della relatività generale – che il tempo di due orologi identici scorre diversamente sulla Luna che sulla Terra.
Per definire l’ora lunare, prendiamo un orologio atomico il più preciso possibile e lo installiamo sulla superficie della Luna
In questo caso, l’orologio lunare guadagnerebbe circa 56 milionesimi di secondo (microsecondi) al giorno, ovvero due centesimi di secondo all’anno. Una cannuccia per tutti. Ma un valore enorme se sappiamo che gli orologi atomici a bordo dei satelliti di geolocalizzazione (tipo GPS) necessitano di una precisione inferiore al miliardesimo di secondo, altrimenti potrebbero risultare in posizioni errate di diversi metri.
Seconda possibilità per stabilire quest’ora lunare, continua Patrizia Tavella: “Prendiamo un orologio atomico il più preciso possibile, idealmente ‘perfetto’, e lo installiamo sulla superficie della Luna e sui satelliti in orbita lunare, per definire questo LTC “Un tempo che sarebbe quindi specifico della Luna, scorrendo diversamente dal tempo terrestre, ma fungendo da riferimento unico per tutte le attività lunari.
Competenza neuchâtel
È qui che entra in gioco l’Università di Neuchâtel, il cui laboratorio di frequenza temporale è riconosciuto da decenni in tutto il mondo per i suoi orologi atomici. Alcuni già equipaggiano i satelliti con il sistema di geolocalizzazione europeo Galileo.
“Il funzionamento di un orologio atomico è abbastanza semplice”, spiega Gaetano Mileti, vicedirettore del Laboratorio Tempo-Frequenza dell’UNINE. “Utilizziamo le oscillazioni degli atomi come riferimento temporale.”
L’orologio potrebbe essere utilizzato nelle missioni spaziali, sui satelliti lunari, nelle basi lunari ed eventualmente partecipare alla produzione dell’ora lunare
I vibrati degli atomi di rubidio, racchiusi in una minuscola cavità, vengono misurati utilizzando raggi laser generati anch’essi da un dispositivo estremamente miniaturizzato. Per andare nello spazio, ogni grammo e ogni centimetro cubo conta.
“Alla fine, abbiamo creato uno degli orologi atomici più stabili in un volume così piccolo”, equivalente a quello di mezzo cartone di latte, dice l’autore di questa impresa, Etienne Batori, ex dottorando presso l’UNINE oggi una ricerca & Ingegnere di sviluppo presso il Centro svizzero di elettronica e microtecnologia (CSEM).
“Oggi questo orologio è un prototipo, continua il professor Mileti. Dovrà essere qualificato spazialmente. E poi potrà essere utilizzato nelle missioni spaziali, perché no sui satelliti lunari, nelle basi lunari, ed eventualmente partecipare alla realizzazione di un tempo lunare.”
Fornitori multipli
Anche molti altri centri metrologici in tutto il mondo stanno sviluppando orologi simili e finora non è stata presa alcuna decisione su chi produrrà gli orologi lunari. “Non puoi fidarti di un solo orologio, o anche di due”, ha detto alla CNN Cheryl Gramling, responsabile del dominio presso il Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland. In altre parole, è probabile che verranno contattati diversi fornitori di orologi atomici, tra cui UNINE.
In definitiva, l’ambizione americana è quella di creare LunaNet, una rete completa di satelliti per comunicazioni e navigazione dotati di orologi atomici ultra precisi. L’Europa, da parte sua, desidera creare la propria rete attraverso l’iniziativa Moonlight.
La scadenza si avvicina rapidamente, perché americani ed europei vogliono tornare sulla Luna nel 2026, e se possibile prima di Cina e India, i cui piani lunari si stanno rapidamente realizzando. Per allora, tutti questi paesi sperano di accettare di concedere tutti i loro orologi.
Olivier Dessibourg/asch
