Niedawne badania fizyków z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) wykazały, że czas płynie inaczej na Marsie niż na Ziemi. Zegary na Czerwonej Planecie tykają średnio 477 mikrosekund (477 milionowych sekundy) szybciej niż zegary na Ziemi. Choć na pierwszy rzut oka może się to wydawać niewielkie, różnica jest kluczowa dla koordynowania misji wymagających precyzji poniżej sekundy na różnych planetach.
Teoria względności i dylatacja czasu pod wpływem grawitacji
Różnica wynika z teorii względności Einsteina, która stwierdza, że grawitacja wpływa na czas. Silniejsze pola grawitacyjne spowalniają czas, natomiast słabsze pozwalają mu poruszać się szybciej. Większa masa Ziemi wytwarza silniejsze przyciąganie grawitacyjne, powodując, że czas płynie wolniej niż na Marsie, gdzie grawitacja jest słabsza ze względu na mniejszy rozmiar planety. Efekt ten jest nie tylko teoretyczny; jest to już brane pod uwagę w systemach takich jak satelity GPS, gdzie zegary atomowe działają szybciej na orbicie ze względu na niższą grawitację i prędkość względną.
Problem czterech ciał
Obliczanie czasu marsjańskiego jest bardziej złożone niż czas księżycowy, który wcześniej ujednolicił NIST. Czas na Księżycu zależy od oddziaływania grawitacyjnego pomiędzy Ziemią, Słońcem i Księżycem. Ale Mars obejmuje „problem czterech ciał”, który uwzględnia Słońce, Ziemię, Księżyc i Marsa. Wynika to z faktu, że Mars ma słabszą grawitację powierzchniową (pięć razy mniejszą niż Ziemia) i bardziej ekscentryczną orbitę, co prowadzi do dużych wahań potencjału grawitacyjnego.
Wahania czasu marsjańskiego
Średnia różnica czasu wynosząca 477 mikrosekund dziennie na Marsie nie jest stała. Różnica ta zmienia się o 266 mikrosekund dziennie w ciągu roku marsjańskiego (który trwa 687 dni ziemskich). Dzieje się tak dlatego, że orbita Marsa jest bardziej eliptyczna niż orbita Ziemi, co powoduje, że występuje na niej duże wahania wpływu grawitacyjnego Słońca. Ponadto dni marsjańskie są o 40 minut dłuższe niż ziemskie.
Przyszłość czasu międzyplanetarnego
Dokładny czas staje się coraz ważniejszy dla przyszłej eksploracji kosmosu. W miarę zwiększania się prawdopodobieństwa misji załogowych na Marsa precyzyjna synchronizacja między Ziemią, Księżycem i Marsem będzie miała kluczowe znaczenie dla nawigacji, komunikacji i realizacji misji. Badania NIST stanowią ważny krok w kierunku stworzenia skalowalnej międzyplanetarnej infrastruktury pomiaru czasu, która umożliwia autonomiczną synchronizację w całym Układzie Słonecznym.
„To właściwy czas dla Księżyca i Marsa” – wyjaśnia Patla. „Jesteśmy bliżej niż kiedykolwiek realizacji wizji science fiction dotyczącej ekspansji w całym Układzie Słonecznym”.
