Saber el tiempo en cualquier lugar y en cualquier momento

Esta pregunta es abierta ya que no proporciona muchas restricciones, por lo que impondré las siguientes dos condiciones para ayudarme a dar una respuesta:

1. Asumiré que después de que te coloquen aleatoriamente en el espacio y el tiempo, puedes hacer cualquier observación que se pueda hacer aquí en la Tierra, es decir, tienes el equipo necesario para observar cualquier cosa sobre el Universo que podamos observar actualmente.
2. Asumiré que tiene acceso a todo el conocimiento astronómico actual (en una biblioteca digital o algo así), como catálogos de estrellas, libros de física, artículos publicados, etc.

¿Cómo sabemos nuestra ubicación?

Al determinar la ubicación, debido a que existimos en un espacio tridimensional, tenemos que especificar la posición con tres coordenadas. El sistema de coordenadas más simple en mi mente, en términos de lo que podemos medir, son las tres coordenadas a continuación:

1. nuestra distancia radial desde el centro de la galaxia,
2. nuestra altura por encima o por debajo del plano galáctico,
3. y nuestro ángulo azimutal desde algún punto de referencia.

_{Sí, sé que estas coordenadas no son ortogonales, pero se relacionan bien con las mediciones que uno podría hacer y las transformaciones de coordenadas simples podrían hacerlas ortogonales.}

El primero es bastante fácil. Actualmente podemos medir la distancia a Sag A*, el agujero negro en el centro de la galaxia . No es particularmente fácil y las medidas han fluctuado a lo largo de los años con respecto a nuestra posición en la Tierra (ver, por ejemplo, Eisenhauer et al. 2003 o Boehle et al. 2016 ), pero es una medida que podría permitirle definir el #1.

La segunda coordenada podría lograrse simplemente mapeando el campo estelar local. Una encuesta similar a SDSS podría lograr esto. Esto es precisamente lo que se hizo en este Humphreys & Larson 1995 . Tomaría tiempo y mucho trabajo, pero podría hacer esta medición con bastante facilidad.

Hasta ahora tan bueno. Ahora llegamos a la coordenada #3 y de repente nos encontramos con un problema. Necesitamos conocer nuestra posición azimutal con respecto a algún punto de referencia. Es decir, si miras hacia abajo a la galaxia y consideras nuestro ángulo desde alguna línea, ¿cuál sería esa línea y cuál sería ese ángulo? Dado que la intención clara es relacionar nuestra nueva posición con la ubicación de la Tierra, la línea de referencia más lógica es la línea que conecta la Tierra con el centro de la galaxia. Pero, ¿cómo sabemos dónde está esa línea con respecto a nuestra nueva posición? Me temo que no tengo una buena respuesta aquí. Otros sugirieron usar púlsares, pero eso no es infalible. Primero, no sabes cuándo estás siendo depositado, por lo que podrían ser miles de millones de años en el pasado o en el futuro cuando todo el conocimiento actual de los púlsares ya no sea relevante. Segundo,

Su mejor apuesta podría ser trazar un mapa de la distribución de estrellas de una franja tan amplia de la galaxia como pueda ver para tratar de comprender cómo se ven los brazos espirales cerca de usted. Ya hemos hecho esto para nuestra posición actual en la galaxia. Los brazos galácticos se mueven y cambian lentamente, tardando cientos de millones, si no miles de millones de años, en cambiar significativamente. Si puede reconocer la estructura general de los brazos, eso le daría una referencia decente de su posición azimutal.

¿Cómo sabemos la hora?

Voy a dividir esto en dos posibles respuestas. El primero asume que ha sido colocado en un tiempo no muy distante de nuestro tiempo actual (piense en menos de un millón de años) y todavía está bastante cerca de nuestra posición actual.

En el caso anterior, los púlsares son el camino a seguir. Los púlsares pulsan con extrema regularidad, por lo que son excelentes cronometradores. Pero si su objetivo es saber cuánto tiempo ha pasado, debe observar la tasa de cambio de tiempo de los pulsos. Resulta que los púlsares no pulsan con perfecta regularidad. El tiempo entre pulsos decae muy lentamente con el tiempo debido a que los púlsares pierden momento angular muy lentamente . El paso general para calcular un tiempo razonablemente preciso es el siguiente.

1. Encuentre un púlsar que se conozca actualmente y tenga mediciones actuales de la frecuencia del pulso y la disminución de la frecuencia del pulso. Para asegurarse de que ha identificado un púlsar determinado como el correcto, deberá mapear su relación con otras estrellas a través de una amplia encuesta (los campos de estrellas habrán cambiado, pero si no está demasiado lejos de nuestro tiempo puede predecir con una precisión razonable dónde estarán o han estado la mayoría de las estrellas en el pasado).
2. Mida la frecuencia del pulso (y la frecuencia de decaimiento si lo desea, pero eso puede llevar años o incluso décadas).
3. Compare su frecuencia de pulso medida actualmente con la frecuencia medida actual y la tasa de decaimiento y haga algunos cálculos. Debería poder calcular su hora actual con respecto a la hora actual con bastante precisión. No puedo decir qué tan preciso, pero no me sorprendería si pudiera obtener dentro de una década más o menos de la hora actual (dependiendo de qué tan precisos sean sus modelos de púlsares).

La única advertencia para el enfoque anterior es que los púlsares pueden " fallar ". Normalmente, la frecuencia del pulso decae suavemente, pero de vez en cuando un púlsar puede fallar y cambiar rápidamente la frecuencia del pulso. No está claro exactamente por qué ocurren estas fallas y son impredecibles, por lo que debe suponer que su púlsar no ha fallado entre ahora y el tiempo en el que se encuentre. Si es así, su tiempo puede estar fuera de lugar. Para mitigar esto, por supuesto, debe usar tantos púlsares como pueda encontrar. Si un púlsar da un número diferente al resto, puede asumir que falló y descartarlo.

El segundo caso es más complicado. Ahora voy a asumir que estás en un tiempo muy lejano al nuestro. Millones o posiblemente miles de millones de años a partir de ahora. En ese caso, cualquier esperanza de encontrar un tiempo preciso (o incluso un año preciso) es tremendamente presuntuosa. En el mejor de los casos, puede calcular su tiempo general dentro del universo midiendo la edad actual del universo. Actualmente sabemos la edad a ser$13.799\pm 0.021\ \mathrm{billion\ years}$basado en las últimas y mejores mediciones . Puede ver que nuestra incertidumbre se ha reducido a 21 millones de años. Si realiza mediciones similares de la edad del Universo en su tiempo, entonces lo mejor que podrá hacer es definir su tiempo con respecto al nuestro con una precisión de ~ 20 millones de años. Pero si estás mil millones de años en el futuro, en mi opinión, esa es una medida bastante buena.

Parte de esto podría desviarse hacia el territorio de WorldBuilding StackExchange, y el 'cuándo' será difícil de aproximar, ya que la rotación galáctica y las estrellas que pasan por diferentes fases de sus vidas pueden hacer que las constelaciones y los puntos de referencia queden obsoletos con el tiempo.

Como mencionó StephenG, los púlsares, debido a sus períodos de rotación (generalmente) invariables y detectables, pueden usarse como puntos de referencia. Las placas adheridas a Pioneer 10 y 11 proporcionan la ubicación del sistema solar en relación con los púlsares cercanos. Las coordenadas de Pulsar también se agregaron al Álbum de Oro de la Voyager.

La alternativa sería adoptar ubicaciones relativamente fijas en su esfera celeste 'local' y determinar su posición relativa a ellas y, por lo tanto, dónde está su destino. Esto supone que sabe dónde está su destino en relación con sus puntos de referencia. La ubicación del núcleo galáctico, la dirección de rotación galáctica, las Nubes de Magallanes u otras fuentes extragalácticas podrían ser sus puntos de referencia. Difícilmente serían precisos, pero si está intentando un viaje al estilo Voyager a través de la Vía Láctea, es un comienzo.

La parte de la ubicación del problema se trata principalmente en la respuesta de Zephyr. Estoy completamente de acuerdo, pero la última parte, el azimut, es realmente complicada, pero también debe definir qué quiere decir con posición en el azimut. Si se encuentra en el pasado reciente o en el futuro, entonces sería posible alguna definición basada en las direcciones de una red de cuásares de alto corrimiento al rojo y alto volumen de radio. De hecho, las mediciones precisas de sus desplazamientos al rojo podrían combinarse con un modelo cosmológico para decirle en qué época cósmica exacta se realizaron sus mediciones.

De manera similar, un modelo cosmológico podría combinarse con una medición precisa de la temperatura del fondo cósmico de microondas para darte tu edad cósmica. Esto funcionaría en cualquier época cósmica (suponiendo que tengamos el modelo cosmológico correcto) y sería mucho más preciso que algunas alternativas que podría pensar, como medir la edad actual de la Galaxia usando la luminosidad de las enanas blancas más frías o las edades de estrellas en los cúmulos globulares más antiguos (quizás con una precisión de mil millones de años).

Sin embargo, si se encuentra a miles de millones de años en el futuro o en el pasado, definir la ubicación azimutal de una manera bien definida se vuelve imposible. La Galaxia gira con una velocidad no conocida con precisión que varía con el radio. Los cuásares distantes van y vienen (o más precisamente, se encienden y apagan); las galaxias locales se mueven con respecto a nuestra Galaxia con movimientos (tangenciales) no conocidos con precisión. Tal vez podría hacer una definición con respecto a la alineación del dipolo de rayos cósmicos, pero esto cambiaría a medida que cambia el movimiento de la galaxia debido a la influencia de otras galaxias en el grupo local y el supercúmulo.