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关于征集《关于月球上时间计量提案》意见的通知

2025-07-10

各有关单位及相关学者:

随着月球科研、采矿和旅游时代的临近,建立统一的月球时间体系已成为国际社会亟待解决的重要课题。为在此关键领域掌握主动权和话语权,国际无线电联盟中国委员会(URSI CHINA)Commission A 已于2025年1月正式成立“月球时间计量工作组”。该工作组旨在制定一套体现中国原创性、具有前瞻性并领先于国际现有水平的“中国方案”。工作组特别强调协同合作的重要性,倡议国内学者要共同维护国家利益并有效推广中国方案。

目前,工作组正在起草关于月球上时间计量的详细提案。该提案计划在即将举行的国际无线电科学联盟亚太无线电科学会议(URSI AP-RASC)期间,正式提交给 URSI Commission A 进行审议。

为确保方案的完善性与广泛代表性,工作组现面向国内学术界公开征集宝贵意见。欢迎相关领域的专家学者积极参与,提出建设性建议。意见请发送至邮箱:13366855901@163.com。意见征集截止日期为2025年7月30日。


附件:URSI关于月球上时间计量的提案


附件:

Statements on the time metrology on the Moon(关于月球上时间计量的提案)


 considering that(背景和需求)

a)月球上开展科研、采矿、旅游的时代即将到来,统一的月球时间是在月球表面及其附近轨道上开展导航、定位和授时的技术基础。急需在月球上建立独立于地球的时间计量体系

b)相对论理论和空间科学试验都已经证明原子钟的走速受引力场和相对运动速度影响,月球上的原子钟比地球上的原子钟走速快,因此,地球上的标准时间不能直接用于月球;

c)国际天文学联合会(IAU)2024年出台决议,定义了月球天球参考系LCRS,同时,建议国际相关组织讨论月球标准时间的定义

d)广义相对论是月球时间规则的基本理论,其中原时和坐标时概念,在月球上,其定义需要更清晰的表述;

e)仅依靠一个基本单位,SI秒,是不能满足时间用户需求的,为了更方便地使用时间,必须在月球上定义更大的时间单位,类似于地球上的“年月日”;

f)URSI CHINA Commission A 组织了中国的学者们,包括天文、航天、时间频率计量等领域,讨论了月球时间规则问题,提出了月球时间计量体系的构建途径;

noting that(知识背景和理论依据)

g)时间与空间不可分割,统一时间之前,先要统一空间,在约定了同一个空间坐标系的前提条件下,再把守时装置的历表(ephemeris)作为已知参数,不同局域的原时才能换算到坐标时,但是历表是存在不确定度的,调节各守时装置的历表的过程,也就是约定同一个空间坐标系的过程;

h)虽然IAU定义了LCRS参考系,让其坐标轴的方向相对于遥远星体不旋转,然而,为保持LCRS坐标轴指向遥远星体,LCRS需要在沿着两个椭圆轨道运动的过程中,保持非自由旋转,且转速与在这两个椭圆轨道上的位置相关,转速不是均匀的,这两个椭圆轨道运动分别是:月球绕地球运动,和地球-月球质心绕太阳的运动。在后牛顿引力势理论PN中,这种非自由的旋转被理解为引力潮汐的作用。然而,依据广义相对性原理,让能量守恒、角动量守恒和开普勒定律等物理规律在月球质心坐标系的局域内成立,需要约定一个更加符合自由落体运动的质心参考系,作为统一时间的前提条件,进一步让LCRS坐标系的坐标轴指向沿着测地线切向,或速度矢量方向,再让另外两坐标轴在子午面内,就构成了新的LCRS坐标系,简称α-LCRS系;

i)月球标准时间既可以定义在月球表面的某个等势面上,也可以定义到月球质心坐标系α-LCRS的原点,虽然α-LCRS坐标系原点的坐标时不能直接测量,但是不在原点上的时钟,测量原时再转换为坐标时,这与不在等势面上的时钟,测量原时再转换到等势面的所谓标准时间,是相同的过程,也是相同的原理。为了避免定义等势面的争议,将等势面缩小,再缩小,直到缩为最小区域,区域内包含质心原点,因此,月球标准时间定义到质心坐标系的原点最为合适;

j)从原时转换到坐标时,用广义相对论可推导出转换算法,尤其在α-LCRS坐标系内自由落体的时钟,其原时与坐标时之间存在常系数转换关系,类似于IAU决议中的地球质心坐标时TCG与太阳系质心坐标时TCB之间的转换公式TCB=(1-LG)TCG,

k)时空的同时性原理,在全球卫星导航GNSS系统中已经有成功的案例,时间戳是广播天线的四维坐标值,包含三维空间和一维时间,时空的同时性原理要求每颗卫星广播的时间戳,假设在真空中传播,到达坐标原点的时刻,原点坐标时与时间戳时间的差值等于距离延迟,即原点处假想的时钟测量原点坐标时,其钟面时间减去时间戳的坐标时,钟差应等于广播天线到原点距离的延迟时间,对于所有时钟来说原点坐标时是唯一的;

l)多个时钟哪个更准的问题,就成为计量管理的问题,约定法是计量溯源性的最终解决方法,约定法的理论基础是平权,技术基础是两两比对,计量管理的对象是具有守时功能的装置,称为守时装置,每个守时装置功能至少包括:测量原时,计算坐标时,两两比对,广播坐标时、检查和调节历表、检查和调节转换系数等,用约定规则的方法对守时装置的数量和状态进行管理;

m)仿照人们在地球上观测天象,产生年月日历法的过程,假想月球上的观测者,也能观察地球的朔望、地球的自转、日出日落以及太阳与星空背景相对运动的等天象,命名这些天象,把这些天象周期作为较长时间间隔的计时单位;

recognizing that(进一步推论)

n)谁都不可能自认为自己就是绝对的空间基准和时间标准,需要一种去中心化的检查和调节机制来约定的时空基准,为了统一空间参考和时间标准,需要依据计量管理的程序指定或约定具有资质守时装置,数量至少4台,分布在月球表面或者环月轨道上,联合守时的方法有很多,去中心化的守时方案具有简单的形式,举例如下;

o)初始状态下,各守时装置的历表是已知的,但都具有一定的不确定度,需要通过相互比对的方法,检查出哪一个守时装置的历表偏离平均值最大,偏离最大者应该调节;

p)两个守时装置的原时测量值,不能直接比对,需要转换为坐标时,再加上本装置到坐标原点之间距离的时间延迟,形成原点坐标时,相互发送和接收各自的原点坐标时,当通信链路对称时,可抵消路径延迟,获得原点坐标时的钟差比对数据。处理和计算这些钟差比对数据,及其历史变化速率,即可检查出变化最大的守时装置,或者偏离平均值最大者,同时只有一个守时装置可以调节,其它守时装置保持原状态;

q)广播坐标时应把广播天线的坐标数值绑在一起,构成时间戳,一同广播,用户接收到4个及以上的守时装置的时间戳,即可计算出自己的位置信息,算法如同GNSS。

r)当地球、月球和太阳三点近似一条直线时,这个现象是地球和月球上观测者们同时可见的,即月朔望、地球朔望是具有同时性的天象,此天象是地球和月球历法关联的桥梁。月球上的时间计量还包括月球的历法规则;

s)地球时间与月球时间不存在固定的换算关系,短时间内可以列出对照表,或者测量或预测一定范围的对照时间。

resolves for URSI to make the following statements(陈述观点)

A)方面月球时间为“月球质心坐标时”应该约定守装置的基本条件和授程序;

B)方面:应该定授时频率、带宽制解调规范,文信息内容和格式。

C)时间信息方面时间信息应满足不同时间需求,包含但不限于,月球法(计时单位),月球坐标时单位SI秒),射天线位置坐标,时间起点标记

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