加快构建月球表面标准时间体系

在人类空间活动领域，时间系统是精确描述天体、卫星、巡视器运行位置及其相互关系的重要基准。日常生活中常见的“北京时间”“世界时”，对应国际民用时标——协调世界时（UTC），各地时间在此基础上进行时区换算。航班调度、通信、导航等各类活动，均以这套民用时间作为统一基准，完全能够满足地面应用需求。但月球及月球空间的人类活动把时间计量和应用的场景换了。随着新一轮月球探索快速推进，月球正成为建设常驻基地的首选太空目标。月面和绕月飞行的各国探测器要在月球附近记录事件、交换数据；未来的月面站与中继星还要彼此协同。如果默认沿用地球UTC作为唯一时间，麻烦会成串出现：月面理想原子钟的走速与地球不同，电磁波信号从地球到月球大约要飞一秒多，不同机构发布的轨道产品若时间约定不一致，数字就无法直接比对。因此，迫切需要一个精确、统一的月球时间标准，来确保通信、导航和协同作业的准确性。

何为月球表面标准时间

月球表面标准时间，是指在月球参考系中建立的一套统一时间计量和授时体系，包括时间基准定义、守时手段和分发服务。其核心目标是让月球表面的所有探测器、设备和人员活动共享同一把可靠的时间尺。

为何必须单独构建？在地月空间和月球表面进行通信和导航时，时间的准确性至关重要。由于月球和地球的引力、自转和公转等因素不同，导致月球上时间与地球上的时间存在差异。若月球上使用本地的时钟计时，地面继续用UTC，两边的时钟都在各自数秒计量时间，但却不是同一种秒，两种秒的时间长度不一样。

相对论给出了深层原因。在太阳系这种引力不太强、速度远小于光速的环境里，固有时相对坐标时的快慢，主要由引力和运动速度决定：引力越强，钟越慢；运动越快，钟也越慢。引力强弱与运动快慢都会改变钟速，比较相互设置在远距离的两台时钟，必须说明使用什么方法比对、相对哪套坐标时空体系比。地面的民用授时通常感觉不到这些差别。实验室比对钟时，连高度差引起的改正都已纳入流程。全球导航卫星系统（GNSS）通过改正星载钟相对地面的相对论效应即速率差，确保用户地面精密定位精度达到厘米水平。月球探测活动和任务受同一类效应约束，只是几何更远、链路更复杂。

另外，月球表面引力只有地球的约六分之一。计算表明，月球表面时间比地球表面时间每天快57.5微秒。这一看似微小的差异，足以让导航定位偏差达到十几公里，给探测活动带来风险和问题。因此，地球上的标准时间及其守时—授时规则在月球不再适用，一个统一、准确的月球时间标准对于推动月球开发和利用具有重要的现实意义。

2024年8月，国际天文学联合会（IAU）大会通过决议，建议构建月球天球参考系统（LCRS），指定月球坐标时（TCL）并确保其计量单位与国际单位制（SI）秒保持一致；同时指出需要一个实用且国际公认的月球参考时间尺度，并建议研究其与地球时间尺度的关系。

当前全球构建月球表面标准时间的进展

欧美等国在月球探测方面投入了大量资源，为改变时间基准不统一的混乱局面，率先在政策、技术和国际合作层面推动月球时间标准体系建设。

美国：政策与法案双轮驱动。2024年4月3日，美国白宫科学技术政策办公室发布《支持国家地月科学技术战略的天体时间标准化政策》备忘录，指示美国航空航天局（NASA）在2026年底前制定“协调月球时”（LTC）通用时间标准，旨在与地球UTC建立标准化关联，确保航天器间数据传输安全以及地月空间中卫星、基地、航天员间的通信同步。2025年4月29日，美国众议院科学、太空和技术委员会通过《天体时间标准化法案》，要求NASA制定协调和测量月球时间的方法。该法案对LTC提出四项硬性要求：一是可追溯，能够实现和地球UTC的相互转换；二是精确性，满足深空导航通信高精度需求；三是自主性，在地月通信中断条件下仍可独立运行；四是可扩展性，未来可迁移应用至火星等其他天体。相关工作由NASA牵头，联合国家地理空间情报局共同推进。

欧洲：国际合作与技术验证并进。欧洲空间局早在2022年11月便召集全球航天机构和学术组织代表，讨论如何定义月球时间。2024年，欧洲空间局启动“Moon Light”计划，旨在建立月球导航和通信基础设施。目前已完成了适用于月球环境的通信设备和导航算法的关键技术研发与验证，并通过模拟月球的重力场和轨道环境优化了导航精度。同时，欧洲空间局与美国、日本等国家合作开展了月球轨道测试，验证了计划的实际可行性。此外，欧洲积极推进利用地球GNSS星座为月面提供定位、导航与授时（PNT）服务。2025年3月，通过“蓝色幽灵”着陆器在月球轨道部署接收设备，成功接收到了地球GNSS信号，验证了技术可行性。美国、欧洲和日本联手，利用地球探测器发射的微弱卫星导航信号计算月球位置，探索一种“实用主义”的快速实现路径。在合作中，各方还共同研发了精度更高的月球导航传感器，建立了统一的数据标准和共享机制，并制定了一系列相关规范和标准。

构建过程中面临的挑战

尽管进展显著，但构建月球标准时间体系仍面临多重现实挑战。

一是缺乏统一的月球地理坐标参照系统。目前月球尚未建立类似地球的统一、一致的全球大地测量观测系统（GGOS），也缺乏类似地球大地水准面的参考基准。美国国家地理空间情报局正在推进“月球参考系统（LRS）”建设，但尚需时日。缺乏准确的地理坐标，会导致时间测量缺乏精确参照，难以准确建立与地球时间的关联，影响可追溯性要求的实现。国际社会正利用2000年以来的探月数据构建上述参考体系，并希望在未来5年内得到应用和检验。

二是月球自身物理环境带来的不确定性。月球形状不规则、质量分布不均匀，导致近月轨道航天器易受月球引力摄动空间变化的影响，例如鹊桥二号中继星采用环月大椭圆冻结轨道，就是因为月球外形结构不规则，靠近月球飞行的航天器轨道易产生偏差。这种偏差会传导至时间测量设备，影响守时精度，对系统的精确性和自主性构成威胁。

三是多机构协调困难。美国方面涉及NASA、国家地理空间情报局等多个机构，各自目标和利益存在差异；欧洲同样面临跨国协作的复杂议题。如何协调各方围绕统一目标推进时间体系建设，是一项复杂且具有挑战性的任务。

四是技术难题有待突破。满足精确性、自主性和可扩展性要求，需要开发高精度的月面原子钟并确保其在月球环境下稳定运行，设计能在与地球失联时自主守时的系统，并突破弱信号条件下的授时恢复能力。

未来展望与中国作为

在理论层面，国际学者已提出地球与月球时间的换算方法，指出受月球绕地球椭圆轨道及地球绕太阳椭圆轨道影响，月球表面观测者的均匀时间段内，天体经过天顶的角速度并不均匀，即时间均匀则空间不均匀；反之，在月面上等经度角间隔的均匀时区上，空间均匀则时间不均匀。这一理论为深入理解月球时间特点提供了新视角。在技术创新方面，月面和月球空间的用户能利用至少4颗卫星的信号组合来精确定位和获取时间信息。中国科学家提出的月面导航方案与此类似，并且提出了近月空间星座建设路线，分三个阶段逐步实现对全月的导航。

当前，国际上关于月球标准时间的定义存在三种主流思路：一是直接将地球时间体系复制到月球和月球空间，在月球上设立一个中心守时基准，让月面设备不断接收地球UTC授时信号并校准本地时钟去“对齐”地球时间；二是“局域原时、全域坐标时”模式，即在月球表面复刻一个类似地球大地水准面的“集中守时中心”，在这个水准面上此消彼长平衡到一个常量上，让月球标准时间与这个面上的原时保持相同速率，所有钟走速一致，月面用户统一时间用起来非常方便；三是去中心化守时，由分布在月面各地和绕月轨道的多个守时装置通过相互比对、协商校准、自我修正，形成并维持一个统一的标准时间和空间参考。三种方案各有优长，最终可能取长补短、融合演进。

根据美国白宫指示，NASA预计在2026年底前制定协调月球时间的国际标准。国际计量局也在积极协调国际组织之间的交流对话和研讨，希望年底发布一个相关的决议。目前已按时完成，为全球月球探索提供统一时间基准，促进国际合作，并为未来月球基地建设和长期运营奠定基础。由于系统要求具备可扩展性，未来还可能推广至火星等其他天体，推动人类太空探索范围不断扩大。

中国作为月球探测的重要力量，在这一基础服务领域应有积极作为。事实上，2021年中国科协将“地球以外有统一的时间规则吗？”列为年度重大科学问题。我国专家已提出建设性构想：将地外时间系统建立在太阳系质心坐标系上，以国际单位SI秒为基础，用铯原子钟测量原时，用脉冲星统一坐标时，用相对时间观替代绝对时间观，有望引领时间规则的新变革。近年来，我国计量机构、卫星导航和航天机构、中国科学院天文系统等相关领域专家积极参与了国际月球标准时间体系研讨，并尝试推进预研究准备工作。

面向未来，我国应抓住机遇，深度结合北斗导航卫星星座与探月工程实现的成熟技术能力，快速实现北斗导航卫星和地面模拟器时频体系对月球和月面的初步授时能力，追赶国际进展；进一步发挥我国在空间原子钟时间与频率技术领域的优势，在月面合适区域设置基准计时用原子钟，开展自主守时和比对实验，争取为全球月球标准时间体系贡献中国方案。唯有主动参与规则制定，方能在新一轮太空治理格局中占据应有位置，为人类月球探索事业提供有力支撑。（作者系中国科学院国家天文台研究员）

责任编辑：韩秋源（实习）

文章来源：http://www.71.cn/2026/1028/1306173.shtml