Recent onderzoek van natuurkundigen van het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft nauwkeurig gekwantificeerd hoe de tijd op Mars anders verstrijkt dan op aarde. Klokken op de rode planeet tikken gemiddeld 477 microseconden (477 miljoenste van een seconde) sneller per dag dan die op aarde. Hoewel het schijnbaar minuscuul is, is deze discrepantie van cruciaal belang voor het coördineren van missies die een fractie van een seconde precisie vereisen over meerdere planeten.
Relativiteit en zwaartekrachttijddilatatie
Het verschil komt voort uit Einsteins algemene relativiteitstheorie, die stelt dat de zwaartekracht de tijd beïnvloedt. Sterkere zwaartekrachtvelden vertragen de tijd, terwijl zwakkere velden ervoor zorgen dat de tijd sneller voorbijgaat. De hogere massa van de aarde zorgt voor een sterkere zwaartekracht, waardoor de tijd langzamer loopt dan op Mars, waar de zwaartekracht zwakker is vanwege zijn kleinere omvang. Dit effect is niet alleen theoretisch; er wordt al rekening mee gehouden in systemen als GPS-satellieten, waar atoomklokken sneller in een baan om de aarde draaien vanwege minder zwaartekracht en relatieve snelheid.
Een probleem met vier lichamen
Het berekenen van de tijd op Mars is complexer dan de maantijd, die NIST eerder had gestandaardiseerd. De tijdwaarneming van de maan wordt beïnvloed door de zwaartekrachtsinteractie tussen de aarde, de zon en de maan. Maar Mars heeft te maken met een ”vierlichamenprobleem”, waarbij rekening wordt gehouden met de zon, de aarde, de maan, en Mars. Dit komt omdat Mars een zwakkere zwaartekracht aan het oppervlak heeft (vijf keer minder dan die van de aarde) en een meer excentrische baan, wat resulteert in grotere fluctuaties in zijn zwaartekrachtpotentieel.
Fluctuaties in de tijd van Mars
Het gemiddelde tijdsverschil van 477 microseconden per dag op Mars is niet constant. De discrepantie varieert tot wel 266 microseconden per dag gedurende een Marsjaar (dat 687 aardse dagen duurt). Dit komt doordat de baan van Mars elliptischer is dan die van de aarde, waardoor de baan van Mars grotere schommelingen ervaart in de zwaartekrachtsinvloed van de zon. Bovendien is de dag van Mars langer dan die van de aarde: het duurt nog eens 40 minuten voor een volledige rotatie.
De toekomst van interplanetaire tijdwaarneming
Nauwkeurige tijdregistratie wordt essentieel voor toekomstige verkenning van de ruimte. Naarmate menselijke missies naar Mars waarschijnlijker worden, zal nauwkeurige synchronisatie tussen de aarde, de maan en Mars van cruciaal belang zijn voor navigatie, communicatie en missieoperaties. Het onderzoek van NIST vertegenwoordigt een cruciale stap in de richting van het opzetten van een schaalbare interplanetaire tijdwaarnemingsinfrastructuur, die autonome synchronisatie in het hele zonnestelsel garandeert.
“De tijd is precies goed voor de maan en Mars”, legt Patla uit. “Dit komt het dichtst in de buurt van de realisatie van de sciencefictionvisie van uitbreiding over het hele zonnestelsel.”
