Sel kümnendil tõotab Kuu uurimine uue hoo sisse saada. Muu hulgas ootavad ees kuumissioonid ja sinna plaanitakse rajada püsivad baasid. See toob endaga kaasa terve rea uusi katsumusi. Muu hulgas kerkib esile kogu maailma metrolooge vaevav küsimus, mida peaks näitama Kuu peal olev kell, vahendab Nature News.

Praegu ei ole Kuul mingit oma ajaarvamist. Iga kuumissioon kasutab oma ajaskaalat, mis on Maalt toimuva juhtimise tõttu seotud UTC ehk Maa universaalajaga.

Selline meetod on samas suhteliselt ebatäpne. Ühtlasi lähtub iga Kuud uudistav kosmoselaev justkui omast ajanäidust ehk puudub ühtne süsteem. Kuniks Kuule lähetatakse käputäis üksikmissioone, pole see probleem, kuid kui trobikond kosmoselaevu hakkab koos toimetama, hakkab ajaerinevus segama. Kosmoseagentuuridel on vaja täpseid ajatempleid ka kosmoselaevade satelliitnavigatsiooniga jälgimiseks.

Milline peaks olema universaalne aeg Kuu peal, pole teadlastele iseenesest mõistetav küsimus. Kuna Maal ja Kuul on erinevad gravitatsiooniväljad, tiksuvad kellad kummalgi taevakehal ise kiirusel. Kuu ametlikuks ajaks sobib teisisõnu nii UTC-ga sünkrooni viidud kellasüsteem kui ka Maa ajast täiesti erinev süsteem.

Maailma kosmoseagentuuride esindajad ja akadeemilised organisatsioonid kohtusid selles kokkuleppele jõudmiseks 2022. aasta novembris Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) Euroopa kosmoseuuringute ja -tehnoloogia keskuses Hollandis. Kohtumisel pandi paberile esimesed soovitused, kuidas kuuaega määrama peaks.

Rahvusvahelise kaalude ja mõõtude büroo ajaosakonna juhataja Patrizia Tavella sõnul tuleb küsimus peagi ära otsustada. Kui ühist otsust ei sünni, leiutab iga kosmoseagentuur ja eraettevõte tema sõnul oma süsteemi. 

Omaette navigatsioonisüsteem

Kõige suurema vajaduse kuuaja järele tingib plaan luua Kuu jaoks eraldi globaalne satelliitnavigeerimise süsteem ehk GNSS. See toimiks samal põhimõttel nagu GPS ja teised täpse asukoha väljaselgitamist pakkuvad süsteemid Maal.

Kosmoseagentuurid kavatsevad kuu-GNSS-i kasutusele võtta umbes 2030. aasta paiku. Euroopa Kosmoseagentuur kiitis juba mullu novembri lõpus heaks satelliitnavigeerimise projekti Moonlight. NASA alustas läinud jaanuaris Lunar Communications Relay and Navigation Systemsi nime all sarnase projektiga.

Seni on kuumissioonide asukohta määratud raadiosignaalide abil, mida kosmoselaev saadab kindlate ajavahemike tagant Maa suurte antennide poole. Kuna aga kavas on kümneid uusi missioone, ei jagu NASA Goddardi kosmosekeskuses töötava inseneri Joel Parkeri sõnul enam lihtsalt kõigile ressursse.

Esimese sammuna katsetavad ESA ja NASA alates 2024. aastast, kas asukohta Kuu peal saab tuletada Maalt tuleva nõrga satelliitnavigatsiooni signaali põhjal. Järgmiseks on GNSS-i projektides kavas lähetada Kuu ümber erisatelliidid, igaüks oma aatomkellaga. Sel juhul arvutab Kuu pinnal paiknev vastuvõtja oma asukoha välja aja põhjal, mis kulub eri satelliitide signaalidel selleni jõudmiseks.

ESA-l on kavas algul prooviks neli kosmoselaeva omavahel ühendada, et need kataks ära navigeerimissüsteemi Kuu lõunapoolusel. Just seal paikneb suur osa Kuu veevarudest ja ESA Moonlighti projekti inseneri Jörg Hahni sõnul on piirkond järgnevatel aastatel riikide jaoks oluline sihtmärk. Samuti vajavad kuumissioonid tema sõnul ametlikku kuuaega, et nende koostöö ja suhtlus sujuksid suurema kaoseta.

Hahni sõnul ootab vastust ka küsimus, kas astronaudid kasutaksid universaalset kuuaega üldse kogu Kuul ühtmoodi. Ehkki kuuaeg oleks siis ametlik ajaskaala, võivad astronaudid tahta seda Maa eeskujul Päikese liikumise järgi ajavöönditeks tükeldada. Ta möönab samas, et see pole enam niivõrd küsimus metroloogidele, kuivõrd käepärasuse küsimus.

Kuidas leida aega?

Kuuaja defineerimine pole kerge ülesanne. Sekundi definitsioon on küll kõikjal sama, kuid üldrelatiivsusteooria järgi tiksuvad kellad tugevamas gravitatsiooniväljas aeglasemalt. Kuu külgetõmbejõud on nõrgem kui Maal. See tähendab, et Maalt vaadatuna tiksuks kell Kuul kiiremini.

NASA Goddardi keskuse aerokosmose insener Cheryl Gramling hindab, et iga 24 tunniga liiguks kuukell umbes 56 mikrosekundit ette. Ühtlasi muutuks kuukella kiirus Patrizia Tavella sõnul võrreldes Maal asuva kellaga Kuu pöörlemise tõttu pisut sõltuvalt kella asukohast Kuu pinnal.

Kõiki kuupealseid kelli hakatakse võrdlema sealse standardkellaga. Standardi leidmiseks tuleb paika panna vähemalt kolm etalonkella, mis tiksuksid Kuule loomulikus rütmis. Etalonkellade väljundit kombineeritaks siis algoritmiga, et saada täpsem nii-öelda virtuaalne ajanäitaja.

Mis sel juhul edasi saab, sõltub metroloogide valikust. Nad võivad otsustada, et kuuaeg põhineb UTC-l. Sel juhul sünkroniseeritaks virtuaalset kuukella pidevalt maapealse standardajaga. Neid lahutavatel ajavahemikel lähtuksid satelliidid ja kosmoselaevad kohapealsetest etalonkelladest. Selline valik oleks Maal toimetavatele inimestele lihtsam mõista ja kasutada.

Teine võimalus oleks võtta kuupealsete aatomkellade väljund Kuu sõltumatuks jätkuvaks ajanäiduks. Selle suhe UTC-ga tuleb eraldi paika panna. Samas tähendab selline valik, et kui ühendus Maaga peaks katkema, tiksuvad kellad Kuu peal ikka ühes rütmis edasi. Samuti oleks sel juhul turvalisem nii navigeerimine kui ka sideühendused, lisab Gramling.

Sõltumatu kuukella kasutuselevõtt oleks tema sõnul mudel, mida saaks tulevikus jäljendada ka teistel ja Maast kaugematel taevakehadel – näiteks paljude kosmoseagentuuride lõppsihtpunktil Marsil. Kaugematel planeetidel oleks UTC edastamine nimelt juba palju keerukam.

Mitte ainult sekundid

Kui valituks osutub sõltumatu kuuaeg, võib täiesti omaette loogika järgi defineerida Kuul ka ööpäeva pikkust. Kuul lahutab ühest keskpäevast teist keskpäeva keskmiselt 29,5 Maa ööpäeva. Astronautidele jääb Maa ajaarvamine igal juhul oluliseks, sest inimene peab korra umbes 24 tunni jooksul magama. Milliseks kujuneb lõplik definitsioon, on nüüd metroloogide otsustada.

Nad peavad ära otsustama sellegi, kuhu etalonkellad Kuu peal panna. Nagu ka Maal, mõjutab kella kõrgus Kuu pinnast selle tiksumiskiirust. Jörg Hahni sõnul peaksid peaksid kuukellad olema kas Kuu orbiidil või selle pinnal – NASA-s sel teemal arutelu käib.

Kosmoseagentuurid vaagivad veel muidki vajalikke standardeid. Näiteks arutletakse, milliseid kaarte kuupinnast ja koordinaatteljestikku navigeerimiseks kasutada. Selleks saavad nad kokku agentuuridevahelises operatsioonide nõustamisrühmas, mis on riiklike kosmoseagentuuride ja ÜRO rahvusvahelise GNSS-i komitee nõukogu.

Selleks, et kõigi riikide süsteemid saaks koostööd teha, tuleb need esmalt Cheryl Gramlingu sõnul rahvusvahelisel tasandil kokku leppida. ESA abiga arendabki NASA juba LunaNeti-nimelist raamistikku ja loodab, et see pälvib rahvusvahelist toetust.

LunaNet on reeglite komplekt, mis võimaldaks kõigile Kuuga seotud satelliitanavigeerimise, side- ja arvutisüsteemidel moodustada ühtse võrgu. See toimiks umbes nagu Internet ja töötaks kõigi riikide jaoks ühtmoodi. Teisisõnu on selgeks vaieldud kuuaeg väike mutter palju suuremas masinavärgis.