Slik tar vi tiden i rommet

Romsonder, satellitter og andre romfartøy styres ved hjelp av radiobølger. Disse radiobølgene suser gjennom rommet like raskt som lyset.

Det vil si nesten 300 millioner meter per sekund, noe som er maksimal hastighet i universet.

Likevel tar det ofte lang tid før kommandoene til romfartøy kommer frem, og kontrollrommet får svar tilbake.

Som å sende brev til Mars

Det kan ta fra fire til 25 minutter for et radiosignal å nå Mars, alt etter hvor planeten befinner seg i banen sin rundt sola.

- Å styre en romsonde som er ved en annen planet krever mye tålmodighet, sier Simon Woods ved den europeiske romorganisasjonen ESA.

Han er en av ingeniørene som jobber med den 18 år gamle romsonden Mars Express, som fortsatt undersøker vår røde naboplanet.

ESAs romsonde Mars Express har forsket i bane rundt Mars siden 2003. Grafikk: ESA/ATG medialab/DLR/FU Berlin

- Ingen kommandoer kan utføres med en gang, fordi det tar tid før kommandoene kommer frem til romsonden, og like lang tid før vi får svar tilbake om at kommandoen har blitt utført, sier Woods.

Han sammenlikner det med å skrive brev.

- Til vi får svar på brevet vi sendte, vet vi ikke hva som har skjedd, og når svaret kommer frem er det allerede gammelt.

Lokal tid på romfartøyet

For å unngå at kommandoer krysser hverandre på vei frem og tilbake til jorda, kommuniserer kontrollrommet med Mars Express bare en gang til dagen. Da sender romsonden melding om hva den har gjort det siste døgnet.

Mars Express bruker det som kalles for "Spacecraft Event Time", eller romfartøyets hendelsestid. Denne tiden styres av klokken på hoveddatamaskinen ombord.

Men romfartøyets hendelsestid tilsvarer ikke direkte en bestemt tid på jorda. Derfor må kontrollrommet omgjøre romfartøyets hendelsestid til universaltiden på jorda (Universal Time Coordinates, UTC).

ESA har eller har hatt romsonder i hele solsystemet og planlegger flere. Grafikk: ESA

 tillegg har alle klokker en tendens til å forskyve tiden. Klokken på Mars Express går raskere eller saktere etter som temperaturen endrer seg med avstanden til sola.

Derfor må klokken på Mars Express synkroniseres med jorda hver uke, slik at omgjøringen til UTC er nøyaktig.

Knapt med tid rundt jorda

- For satellitter som går i bane rundt jorda skjer ting mye raskere, her er det ingen tid til tepauser, sier Thomas Thomas Ormston til ESA.

Han er operasjonsingeniør for satellitten Sentinel-1 i Copernicus, det store europeiske programmet for overvåking av miljøet ved hjelp av satellitt. Flere norske etater bruker denne radarsatellitten. 

- Vi er likevel begrenset av antallet bakkestasjoner som kan kommunisere med satellitten, derfor snakker vi med den kun en eller to ganger i døgnet, sier Ormston.

Sentinel-1 er en radarsatellitt i Copernicus-programmet. Den ser blant annet havis, oljesøl og skipstrafikk for norske brukere. Illustrasjon: ESA/ATG medialab

En av de mest brukte bakkestasjonene, både til Sentinel-satellittene, andre satellitter og romsonder, er SvalSat på Svalbard.

- Dermed må vi planlegge og forberede alle kommandoer like nøyaktig som for romsonder som befinner seg langt borte fra jorda, sier Ormston.

I tillegg må kontrollteamet være klar til å styre satellitten unna romsøppel på kort varsel.

Sola strekker tiden

Men det er ikke bare avstanden til en romsond som påvirker tiden det tar å kommunisere med den. Det gjør også hvor nær romsonden er til et himmelobjekt med stor masse, som for eksempel sola.

Solar Orbiter er ESA og NASAs nye solsonde. Den skal undersøke blant annet solas atmosfære, solstormer, solvinden, solas magnetfelt og solas polområder.

- Etter hvert som Solar Orbiter kommer nærmere solas enorme tyngdefelt vil vi oppleve en gravitasjonsmessig utvidelse av tiden, sier Daniel Lakey, som er med på å styre Solar Orbiter.

Denne effekten gjør at jo nærmere en klokke er et objekt med stor tyngdekraft, jo saktere vil tiden gå. Heldigvis er denne relativistiske effekten svært liten.

Solar Orbiter forsker på solas atmosfære, solstormer, solvinden, solas magnetfelt, solas polområder og mer. Illustrasjon: ESA

En helt nøyaktig klokke på Solar Orbiter vil miste bare tre sekunder i løpet av 10 år. Denne tidsforskyvelsen er ikke stor nok til å påvirke de vitenskapelige instrumentene ombord.

Men ingen klokke går helt nøyaktig, selv ikke de på romsonder. Derfor må klokken på Solar Orbiter synkroniseres med tiden på jorda.

Et av dem er instrumentet SPICE, som norske forskere er med på. SPICE undersøker solas atmosfære.

Trenger nøyaktig tid også på jorda

Du kan lese om Solar Orbiter og dens første oppdagelser her.

Atomklokken Pharao i forsøket ACES sitter utenpå den internasjonale romstasjonen for å forske på tiden. Pharao er så nøyaktig at den bare vil vise ett sekund feil i løpet av 300 millioner år.

Pharao, atomklokken som skal til romstasjonen i 2016, for å teste grunnleggende fysikkteorier. Foto: CNES/S. Girard

Pulserende stjerner langt ute i universet er så nøyaktige at de kan brukes til å stille klokker på jorda.

Nøyaktig tidtaking er viktig for en mengde samfunnsfunksjoner. Satellittene i det europeiske navigasjonssystemet Galileo sørger for helt nøyaktig tid.