近日，中国科学院紫金山天文台牵头提出“月面时对齐轨道”概念，解决了构建月球标准时间必须部署和运维月面原子钟的“高风险、高难度和高成本”难题，为实现月球标准时间贡献了“高可行、强韧性、易维护”的方案。该研究成果以“Two birds with one stone: simultaneous realization of both Lunar Coordinate Time and lunar geoid time by a single orbital clock”为题于2026年3月23日发表在《天文学和天体物理学》（Astronomy and Astrophysics）上。

当前，月球标准时间的定义和实现是各航天强国争夺话语权的热点议题。为此，国际计量局成立了专门工作组，提出了实现月球标准时间定义的三种方案：

方案1：月球标准时间等于月心坐标时；

方案2：月球标准时间具有与月球大地水准面上原时相同的平均速率；

方案3：月球标准时间与地球时之间仅存在周期性变化。

然而，上述三种方案均有鲜明的优缺点。方案1虽然简单，但用户在实际应用时需要持续调整原子钟。方案2虽然易于月面用户使用，但在月面部署和运维原子钟存在“高风险、高难度和高成本”的难题。方案3虽有利于使用地球导航卫星信号，但也需要频繁调整原子钟。

针对上述各方案的优缺点，紫金山天文台牵头、联合上海天文台提出了“月面时对齐轨道”概念。该轨道半径约是月球半径的1.5倍，无需事先部署月面原子钟，也无需事中精密定轨与地面运维支持，就可以在该轨道上同时实现月球标准时间定义的方案1和方案2（图1）。

紫金山天文台谢懿研究员团队从理论上提出并论证了“月面时对齐轨道”概念，上海天文台黄勇研究员团队通过数值仿真验证了该轨道的有效性与稳定性。在月面时对齐轨道上实现月球标准时间具有如下三大优点：

1. 高可行。仅需依托现有的成熟技术，在环月轨道即可直接实现月球大地水准面时间，有效降低航天任务的风险，同时显著削减成本。

2. 强韧性。月面时对齐轨道上的原子钟可有效抵御外界的引力扰动。在各种扰动影响下，该轨道上原子钟与月面原子钟之间的频率偏差不超过一千万亿分之六。

3. 易维护。月面时对齐轨道上的原子钟在实现月球标准时间方案1和2的过程中，无需驾驭调整和精密定轨支持，可大幅减轻地面运维压力。

紫金山天文台博士研究生杨天宁是该研究工作的第一作者，紫金山天文台谢懿研究员是通讯作者。本研究获得了国家重大科技专项、中国科学院先导专项和国家自然科学基金重大项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558803

图1：左图：月面时对齐轨道的示意图；右图：月面时对齐轨道上原子钟与其他时间尺度之间的关系。