Talvez a maior e mais alucinante peculiaridade do nosso universo seja o problema inerente à contagem do tempo: os segundos passam mais depressa no cimo de uma montanha do que nos vales da Terra.
Para efeitos práticos, a maioria das pessoas não tem de se preocupar com essas diferenças.
Mas uma corrida espacial renovada levou os Estados Unidos e os seus aliados, bem como a China, a apressarem-se a criar colonatos permanentes na Lua, e isso trouxe as idiossincrasias do tempo, mais uma vez, para a linha da frente.
Na superfície lunar, um único dia terrestre seria cerca de 56 microssegundos mais curto do que no nosso planeta natal - um número minúsculo que pode levar a inconsistências significativas ao longo do tempo.
A NASA e os seus parceiros internacionais estão atualmente a tentar resolver este problema.
Os cientistas não estão apenas a tentar criar um novo “fuso horário” na Lua, como alguns cabeçalhos têm sugerido, disse Cheryl Gramling, responsável pela posição lunar, navegação, cronometragem e padrões no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Maryland. Em vez disso, a agência espacial e os seus parceiros estão a tentar criar uma “escala de tempo” inteiramente nova, ou um sistema de medição que tenha em conta o facto de os segundos passarem mais depressa na Lua, observou Gramling.
O objetivo da agência é trabalhar com parceiros internacionais para estabelecer um novo método de contagem do tempo, especificamente para a Lua, que as nações que exploram o espaço concordem em observar.
Um memorando recente da Casa Branca também instruiu a NASA para traçar os seus planos para esta nova escala de tempo até 31 de dezembro, chamando-lhe “fundamental” para os esforços renovados dos EUA para explorar a superfície lunar. O memorando também pede que a NASA implemente esse sistema até ao final de 2026, o mesmo ano em que a agência espacial pretende fazer regressar os astronautas à Lua pela primeira vez em cinco décadas.
Para os cronometristas do mundo, os próximos meses poderão ser cruciais para descobrir como manter com exatidão o tempo lunar - e chegar a acordos sobre como, quando e onde colocar relógios na Lua.
Na Lua, as horas passam mais depressa, observou Gramling.
Esta estrutura será crucial para os humanos que visitam o nosso vizinho celestial mais próximo, disse Gramling à CNN.
Os astronautas na Lua, por exemplo, vão deixar os seus habitats para explorar a superfície e efetuar investigações científicas, disse. Também vão comunicar uns com os outros ou conduzir os seus moon buggies enquanto estiverem na superfície lunar.
“Quando estiverem a navegar em relação à Lua”, disse Gramling, “o tempo tem de ser relativo à Lua”.
Uma breve história da hora terrestre
Simples relógios de sol ou formações de pedra, que registam as sombras à medida que o Sol passa por cima, marcam a progressão de um dia, tal como as fases variáveis da Lua podem registar a passagem de um mês na Terra. Estes relógios naturais mantiveram os humanos dentro do horário durante milénios.
Mas, talvez desde que os relógios mecânicos ganharam força no início do século XIV, os relojoeiros tornaram-se cada vez mais exigentes em termos de precisão.
A medição exacta dos segundos também se tornou mais complicada no início do século XX, graças a Albert Einstein, o físico nascido na Alemanha que abalou a comunidade científica com as suas teorias da relatividade especial e geral.
“Maldito Einstein - ele inventou a relatividade geral e dela resultaram muitas coisas estranhas”, disse o Bruce Betts, cientista-chefe da The Planetary Society, um grupo de interesse espacial sem fins lucrativos. “Uma delas é que a gravidade abranda o tempo”.
A relatividade geral é complicada, mas, em termos gerais, é uma estrutura que explica como a gravidade afecta o espaço e o tempo.
Imaginemos que o nosso sistema solar é um pedaço de tecido suspenso no ar. Esse tecido é o próprio espaço e o tempo, que - segundo as teorias de Einstein - estão inextricavelmente ligados. E cada corpo celeste dentro do sistema solar, desde o Sol aos planetas, é como uma bola pesada assente sobre o tecido. Quanto mais pesada a bola, mais profundo é o buraco que cria, deformando o espaço e o tempo.
Mesmo a ideia de um “segundo” terrestre é um conceito criado pelo Homem e difícil de medir. E foi a teoria da relatividade geral de Einstein que explicou porque é que o tempo passa ligeiramente mais devagar em altitudes mais baixas - porque a gravidade tem um efeito mais forte perto de um objeto maciço (como o nosso planeta natal).
Os cientistas encontraram uma solução moderna para todas as complicações da relatividade na contagem do tempo na Terra: Para ter em conta as diferenças imperceptíveis, instalaram algumas centenas de relógios atómicos em vários pontos do globo. Os relógios atómicos são instrumentos ultra-precisos que utilizam a vibração dos átomos para medir a passagem do tempo e esses relógios - de acordo com as teorias de Einstein - funcionam mais lentamente quanto mais perto da superfície da Terra se encontram.
As leituras dos relógios atómicos de todo o mundo podem ser calculadas em média para se obter uma noção de tempo ampla, mas tão precisa quanto possível, para o planeta Terra como um todo, o que nos dá o Tempo Universal Coordenado, ou UTC. Ainda assim, ocasionalmente, os “segundos bissextos” são tidos em conta para manter o UTC em linha com as ligeiras alterações na velocidade de rotação da Terra.
Esta manutenção metódica do tempo ajuda a fazer girar o mundo moderno - metaforicamente falando, disse Kevin Coggins, administrador associado adjunto e gestor de programas do Programa de Comunicações e Navegação Espaciais da NASA.
“Se investigámos o tempo na Terra, apercebemo-nos de que é um fator crítico para tudo: a economia, a segurança alimentar, o comércio, a comunidade financeira e até a exploração de petróleo. Eles usam relógios precisos”, disse Coggins. “Está em tudo o que é importante na sociedade moderna.”
Espaço, tempo: a questão contínua
Se o tempo se move de forma diferente nos picos das montanhas do que nas margens do oceano, pode imaginar que as coisas se tornam ainda mais bizarras quanto mais longe da Terra se viaja.
Para complicar ainda mais: o tempo também passa mais devagar quanto mais depressa uma pessoa ou uma nave espacial se move, de acordo com a teoria da relatividade especial de Einstein.
Os astronautas na Estação Espacial Internacional, por exemplo, têm sorte, disse oBijunath Patla, um físico teórico do Instituto Nacional de Normas e Tecnologia dos EUA, numa entrevista telefónica. Embora a estação espacial orbite a cerca de 200 milhas (322 quilómetros) acima da superfície da Terra, também viaja a alta velocidade - dando a volta ao planeta 16 vezes por dia - pelo que os efeitos da relatividade se anulam de certa forma, disse Patla. Por essa razão, os astronautas do laboratório em órbita podem facilmente usar a hora terrestre para cumprir o horário.
Para outras missões - não é assim tão simples.
Felizmente, os cientistas já têm décadas de experiência a lidar com as complexidades.
As naves espaciais, por exemplo, estão equipadas com os seus próprios relógios, chamados osciladores, disse Gramling.
“Mantêm a sua própria hora”, disse Gramling. “E a maior parte das nossas operações para as naves espaciais - mesmo as que estão em Plutão ou na Cintura de Kuiper, como a New Horizons - dependem das estações terrestres que estão na Terra. Por isso, tudo o que estão a fazer tem de estar correlacionado com o UTC”.
Mas essas naves espaciais também dependem do seu próprio tempo, disse Gramling. Os veículos que exploram as profundezas do sistema solar, por exemplo, têm de saber - com base na sua própria escala de tempo - quando se estão a aproximar de um planeta, caso a nave espacial precise de utilizar esse corpo planetário para fins de navegação, acrescentou.
Durante 50 anos, os cientistas puderam também observar os relógios atómicos que se encontram a bordo dos satélites GPS, que orbitam a Terra a cerca de 20 200 quilómetros de distância, ou seja, a um décimo nono da distância entre o nosso planeta e a Lua.
O estudo desses relógios deu aos cientistas um ótimo ponto de partida para começarem a extrapolar mais à medida que se propõem estabelecer uma nova escala de tempo para a Lua, disse Patla.
“Podemos facilmente comparar os relógios (GPS) com os relógios no solo”, disse Patla, acrescentando que os cientistas descobriram uma forma de abrandar suavemente os relógios GPS, tornando-os mais alinhados com os relógios terrestres. “Obviamente, não é tão fácil como parece, mas é mais fácil do que fazer uma confusão.”
Para a Lua, no entanto, os cientistas não vão provavelmente tentar abrandar os relógios. Esperam medir com exatidão o tempo lunar tal como ele é - ao mesmo tempo que asseguram que pode ser relacionado com o tempo terrestre, segundo Patla, que foi recentemente coautor de um artigo que detalha uma estrutura para o tempo lunar.
O estudo, para que conste, também tentou determinar exatamente a distância entre o tempo lunar e o tempo terrestre, uma vez que as estimativas oscilam entre 56 e 59 microssegundos por dia.
Os relógios no equador da Lua marcariam 56,02 microssegundos mais depressa por dia do que os relógios no equador da Terra, de acordo com o documento.
Relógio lunar
O que os cientistas sabem com certeza é que precisam de levar para a Lua instrumentos de cronometragem de precisão.
Quem paga exatamente os relógios lunares, que tipo de relógios irão e onde serão colocados são questões que permanecem no ar, disse Gramling.
“Temos de resolver tudo isto”, disse ela. “Acho que ainda não sabemos. Penso que será uma amálgama de várias coisas diferentes”.
Os relógios atómicos, observou Gramling, são óptimos para a estabilidade a longo prazo, e os osciladores de cristal têm uma vantagem para a estabilidade a curto prazo.
“Nunca se confia num relógio”, acrescentou Gramling. “E nunca se confia em dois relógios.”
Relógios de vários tipos poderiam ser colocados dentro de satélites que orbitam a Lua ou talvez nos locais exactos da superfície lunar que os astronautas um dia visitarão.
Quanto ao preço, um relógio atómico digno de uma viagem espacial poderia custar cerca de alguns milhões de dólares, segundo Gramling, sendo os osciladores de cristal substancialmente mais baratos.
Mas, segundo Patla, o preço é o que se paga.
“Os osciladores muito baratos podem ter um desvio de milissegundos ou mesmo de 10 milissegundos”, acrescentou. “E isso é importante porque, para fins de navegação, precisamos de ter os relógios sincronizados em 10 nanossegundos”.
Uma rede de relógios na Lua poderia trabalhar em conjunto para informar a nova escala de tempo lunar, tal como os relógios atómicos fazem para o UTC na Terra.
(Não haverá, acrescentou Gramling, fusos horários diferentes na Lua. “Tem havido conversas sobre a criação de fusos diferentes, com a resposta: 'Não'”, disse ela. “Mas isso pode mudar no futuro").
A nova escala de tempo estaria na base de toda uma rede lunar, que a NASA e os seus aliados apelidaram de LunaNet.
“Pode pensar-se na LunaNet como a Internet - ou a Internet e um sistema global de navegação por satélite, tudo combinado”, disse Gramling. Trata-se de “um quadro de normas que os contribuintes da LunaNet (como a NASA ou a Agência Espacial Europeia) devem seguir”.
“E podemos pensar nos contribuidores como se fossem o nosso fornecedor de serviços de Internet”, acrescentou Gramling.
A criação de uma estrutura deste tipo significa trazer muitas pessoas de todo o mundo para a mesa. Até agora, disse Gramling, as conversas com os parceiros americanos têm sido “muito, muito positivas”.
Não é claro se a NASA e os seus parceiros neste esforço, que incluem a Agência Espacial Europeia, conseguirão obter a adesão de países que não são aliados dos EUA, como a China. Gramling referiu que essas conversações seriam realizadas através de organismos internacionais de normalização, como a União Astronómica Internacional.
“Uma mentalidade totalmente diferente"
A precisão dos relógios é uma questão. Mas a forma como os futuros astronautas que vivem e trabalham na superfície lunar vão sentir o tempo é uma questão completamente diferente.
Na Terra, a nossa noção de um dia é governada pelo facto de o planeta completar uma rotação em cada 24 horas, dando à maioria dos locais um ciclo consistente de luz do dia e noites escuras. Na Lua, no entanto, o equador recebe cerca de 14 dias de luz solar seguidos de 14 dias de escuridão.
“É um conceito muito, muito diferente” na lua, disse Betts. “E (a NASA) está a falar em aterrar astronautas na interessante região do polo sul (da lua), onde há áreas permanentemente iluminadas e permanentemente sombreadas. Portanto, é um conjunto de confusões totalmente diferente”.
“Vai ser um desafio” para esses astronautas, acrescentou Betts. “É tão diferente da Terra e é uma mentalidade completamente diferente”.
Isso será verdade, independentemente da hora que for apresentada nos relógios dos astronautas.
Ainda assim, a precisão da cronometragem é importante - não só para compreender cientificamente a passagem do tempo na Lua, mas também para criar todas as infraestruturas necessárias para levar a cabo as missões.
A beleza de criar uma escala de tempo a partir do zero, disse Gramling, é que os cientistas podem pegar em tudo o que aprenderam sobre a contagem do tempo na Terra e aplicá-lo a um novo sistema na Lua.
E se os cientistas conseguirem acertar na Lua, acrescentou, poderão acertar mais tarde, se a NASA cumprir o seu objetivo de enviar astronautas para mais longe no sistema solar.
“Estamos a tentar executar isto na Lua, aprendendo o que pudermos aprender”, disse Gramling, “para estarmos preparados para fazer a mesma coisa em Marte ou noutros corpos futuros”.
