Fizycy wskazali jak liczony jest czas na Marsie

Naukowcom po raz pierwszy udało się wskazać jak liczony jest czas na Marsie. Pomoże to w przyszłych misjach na Czerwoną Planetę.

Czas na Ziemi jest liczony dzięki skomplikowanemu systemowi pomiaru opartemu na zegarach atomowych, satelitach GPS i szybkich sieciach telekomunikacyjnych. Jednak już Albert Einstein wykazał, że nie mija on tak samo w całym Wszechświecie. Zegary będą działać nieco szybciej lub wolniej w zależności od siły grawitacji na nie wpływającej, co może sprawiać problem w opracowaniu jednego uniwersalnego systemu jego liczenia. Naukowcy, aby przyszłe misje na Czerwoną Planetę mogły się udać musieli wskazać jaki czas panuje na Marsie.

W ramach nowego badania, fizycy z National Institute of Standards and Technology (NIST) po raz pierwszy obliczyli dokładną odpowiedź, jak mija czas na Marsie. Średnio zegary na tam obecne będą tykać o 477 mikrosekund (milionowych części sekundy) szybciej niż na Ziemi w ciągu dnia. Jednak ekscentryczna orbita (przypominająca bardziej wydłużoną elipsę niż okrąg) Marsa i wpływ grawitacyjny otaczających go ciał niebieskich mogą zwiększyć lub zmniejszyć tę wartość nawet o 226 mikrosekund dziennie w ciągu roku marsjańskiego. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astronomical Journal”.

Jak podkreślają astronomowie, poznanie tego jak liczony jest czas na Marsie, jest kluczowe dla nadchodzących misji kosmicznych. Zrozumienie tego, jak upływ na sąsiedniej planecie pomoże zsynchronizować nawigację i komunikację w całym Układzie Słonecznym.

Dni i lata na Marsie są dłuższe niż na Ziemi. Dzień na tej planecie, czyli pełny obrót wokół własnej osi, trwa o 40 minut dłużej niż na Ziemi, a pełny obieg wokół Słońca zajmuje 687 dni, w porównaniu z 365 dniami na naszej planecie. Naukowcy musieli jednak obliczyć, jak szybko lub wolno mija każda sekunda na Marsie w porównaniu z Ziemią.

Jak wskazują fizycy, gdyby zegar atomowy został przetransportowany na Marsa, nadal tykałby on tak samo jak na Ziemi. Ale jeśli porównać zegar marsjański z zegarem ziemskim, okazałoby się, że nie są one zsynchronizowane. Wyzwaniem dla badaczy było określenie, o ile czas marsjański różni się od czasu ziemskiego, podobnie jak w przypadku obliczania różnicy stref czasowych.

Było to znacznie trudniejsze niż oczekiwali fizycy z NIST. Teoria względności zakłada, że siła grawitacji wpływa na upływ czasu. Zegary zwalniają tam, gdzie jest ona silniejsza, a szybciej tam, gdzie grawitacja jest słabsza. Prędkość orbity planety również powoduje, że czas płynie w różnym tempie.

Astronomowie wybrali obszar na powierzchni Marsa, który posłużył jako punkt odniesienia, podobny do poziomu morza na równiku Ziemi. Dzięki danym zebranym podczas wielu lat badania Czerwonej Planety przez różne misje, naukowcy mogli oszacować siłę grawitacji na powierzchni Marsa, która jest około pięciu razy słabsza niż na Ziemi.

Badacze musieli jednak wziąć pod uwagę nie tylko grawitację Marsa, ale także to, że w Układzie Słonecznym znajdują się masywne ciała, które oddziałują na siebie wzajemnie. Samo Słońce stanowi ponad 99 proc. masy naszego kosmicznego sąsiedztwa. Położenie Marsa w Układzie Słonecznym – jego odległość od Słońca, sąsiedztwo Ziemi, jego księżyców, Jowisza i Saturna – powoduje, że orbita planety jest bardziej ekscentryczna i wydłużona. Orbity Ziemi i Księżyca są stosunkowo stałe – czas na Księżycu jest o 56 mikrosekund szybszy niż na Ziemi.

„W przypadku Marsa jest inaczej. Jego odległość od Słońca i ekscentryczna orbita powodują większe wahania czasu. Problem wpływu innych ciał niebieskich znacznie utrudniał dokładne obliczenia, a całe zadanie okazało się większym wyzwaniem niż początkowo zakładaliśmy” – mówi Bijunath Patla z National Institute of Standards and Technology.

Badacze jednak uwzględnili wszystkie czynni i udało im się dokonać dokładnych obliczeń togo, jak misja czas na Marsie. Jak podkreślają, 477 milionowych części sekundy nie wydaje się zbyt długim czasem, jednak uwzględnienie niewielkich różnic czasowych ma kluczowe znaczenie dla rozwoju sieci komunikacyjnych. Na przykład sieci 5G muszą być dokładne do jednej dziesiątej mikrosekundy.

Obecnie komunikacja między Ziemią a Marsem jest opóźniona od 4 do 24 minut. Może to stanowić problem w czasie przyszłych misji na Czerwoną Planetę. Jednak określenie ram czasowych między planetami może pomóc w stworzeniu zsynchronizowanych sieci komunikacyjnych na ogromnych odległościach.

„Jeśli udałoby się osiągnąć synchronizację, byłoby to prawie jak komunikacja w czasie rzeczywistym bez utraty informacji. Nie trzeba będzie zbyt długo czekać, aby odpowiednio zareagować i przesłać odpowiednie instrukcje czy polecenia” – zaznacza Bijunath Patla.

Jednak jak wskazują astronomowie, opracowanie tego typu sieci komunikacyjnych nie jest jeszcze w pełni możliwe, podobnie jak długoterminowe misje załogowe na Marsa. Tego typu badania pomagają naukowcom przygotować się na wszystkie zmienne, z którymi będą mieli do czynienia.

„Może minąć kilkadziesiąt lat, zanim powierzchnia Marsa pokryje się śladami stóp astronautów i kół łazików, ale już teraz warto zbadać kwestie związane z tworzeniem systemów komunikacyjnych i nawigacyjnych na innych planetach i księżycach. Podobnie jak GPS, systemy tam obecne będą musiały opierać się na dokładnych zegarach, a upływ czasu na innych ciałach niebieskich można analizować za pomocą ogólnej teorii względności Einsteina” – podsumowuje Neil Ashby z National Institute of Standards and Technology.

Emil Gołoś