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當(dāng)前，針對月球標(biāo)準(zhǔn)時間的定義有三種方案：一是將月球標(biāo)準(zhǔn)時間直接設(shè)定為月心坐標(biāo)時；二是月球標(biāo)準(zhǔn)時間具有與月球大地水準(zhǔn)面上原時相同的平均速率；三是月球標(biāo)準(zhǔn)時間與地球時之間僅存在周期性變化。方案一雖然簡單，但用戶在實際應(yīng)用時需要持續(xù)調(diào)整原子鐘。方案二雖易于月面用戶使用，但在月面部署和運維原子鐘存在“高風(fēng)險、高難度、高成本”的難題。方案三雖有利于使用地球?qū)Ш叫l(wèi)星信號，但也需要頻繁調(diào)整原子鐘。

近日，中國科學(xué)院紫金山天文臺聯(lián)合中國科學(xué)院上海天文臺提出“月面時對齊軌道”概念，解決了構(gòu)建月球標(biāo)準(zhǔn)時間必須部署和運維月面原子鐘的“高風(fēng)險、高難度、高成本”難題，為實現(xiàn)月球標(biāo)準(zhǔn)時間貢獻(xiàn)了“高可行、強(qiáng)韌性、易維護(hù)”的方案。

科研團(tuán)隊從理論上提出并論證了“月面時對齊軌道”概念，并通過數(shù)值仿真驗證了該軌道的有效性與穩(wěn)定性。該軌道半徑約是月球半徑的1.5倍，無需事先部署月面原子鐘，也無需事中精密定軌與地面運維支持，就可以在該軌道上同時實現(xiàn)月球標(biāo)準(zhǔn)時間定義的方案一和方案二。在月面時對齊軌道上實現(xiàn)月球標(biāo)準(zhǔn)時間，具有高可行、強(qiáng)韌性、易維護(hù)三大優(yōu)點。僅需依托現(xiàn)有的成熟技術(shù)，在環(huán)月軌道即可直接實現(xiàn)月球大地水準(zhǔn)面時間，有效降低航天任務(wù)的風(fēng)險，同時削減成本。月面時對齊軌道上的原子鐘可有效抵御外界的引力擾動。在各種擾動影響下，該軌道上原子鐘與月面原子鐘之間的頻率偏差不超過一千萬億分之六。月面時對齊軌道上的原子鐘在實現(xiàn)月球標(biāo)準(zhǔn)時間方案一和方案二的過程中，無需駕馭調(diào)整和精密定軌支持，可大幅減輕地面運維壓力。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《天文學(xué)和天體物理學(xué)》（Astronomy and Astrophysics）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院等的支持。

論文鏈接

左圖：月面時對齊軌道的示意圖；右圖：月面時對齊軌道上原子鐘與其他時間尺度之間的關(guān)系。