На Земљи је проналажење тачног времена без напора. Наша планета се ослања на софистицирани глобални систем који комбинује атомске сатове, ГПС сателите и ултрабрзе комуникационе мреже како би све било синхронизовано.
Та прецизност се природно не протеже изван Земље. Алберт Ајнштајн је показао да се време не креће истим темпом свуда у универзуму. Брзина којом сат откуцава зависи од гравитације, што значи да сатови раде нешто спорије у јачој гравитацији и брже у слабијој гравитацији. Чак је и координација времена широм Земље сложена. Проширивање те координације преко Сунчевог система је далеко изазовније. За будуће истраживаче који се надају да ће живети и радити на Марсу, прво мора да се одговори на једно фундаментално питање: Колико је сати на Марсу?
Научници први пут израчунали време на Марсу
Физичари са Националног института за стандарде и технологију (НИСТ) сада су дали прецизан одговор. Њихови прорачуни показују да, у просеку, сатови на Марсу откуцавају 477 микросекунди (милионитих делова секунде) брже дневно него сатови на Земљи. Та разлика није константна. Због Марсове истегнуте орбите и гравитационих утицаја других тела, временска разлика може варирати за чак 226 микросекунди дневно током целе године на Марсу.
Истраживање је недавно објављено у Тхе Астрономицал Јоурналу и надовезује се на студију из 2024. године у којој су научници НИСТ-а представили оквир за високо прецизно мерење времена на Месецу.
Разумевање како време пролази на Марсу је од суштинског значаја за будуће мисије, рекао је физичар НИСТ-а Бијунат Патла. Како се НАСА припрема за напредније истраживање Марса, тачно време ће бити критично за навигацију, комуникацију и координацију на планетарним удаљеностима.
„Време је право за Месец и Марс“, рекао је Патла. „Ово је најближе што смо били остварењу научнофантастичне визије ширења широм Сунчевог система.
Временска зона Марса
Марс ради по другачијем распореду од Земље на више начина. Један марсовски дан траје око 40 минута дуже од земаљског дана, а година на Марсу се протеже на 687 земаљских дана у поређењу са 365 дана на Земљи. Осим ових очигледних разлика, научници су морали да утврде да ли свака секунда на Марсу пролази истом брзином као на Земљи.
Атомски сат постављен на површину Марса би нормално функционисао. Сам сат би откуцавао баш као и на Земљи. Проблем се појављује када се тај Марсов сат упореди са сатом на Земљи. Временом се два сата разилазе. Задатак научника је био да одреде колико ће тачно тај помак постати, слично дефинисању планетарне временске зоне.
Тај прорачун се показао компликованијим него што се очекивало. Према Ајнштајновој теорији релативности, гравитација мења ток времена. Сатови успоравају у јачој гравитацији и убрзавају тамо где је гравитација слабија. Кретање планете кроз свемир такође утиче на то како време пролази, при чему орбитална брзина доприноси додатним променама.
Гравитација, орбите и релативност
Да би прорачуни били могући, истраживачи НИСТ-а одабрали су одређену референтну тачку на површини Марса, упоредиву са нивоом мора на Земљином екватору. Користећи податке прикупљене током година мисија на Марс, Патла и његов колега НИСТ физичар Нил Ешби проценили су површинску гравитацију на Марсу, која је око пет пута слабија од Земљине.
Сама гравитација са Марса није била довољна да објасни пуну слику. Сунчев систем је динамично окружење испуњено масивним објектима који се непрестано вуку једни на друге. Сунце садржи више од 99% укупне масе Сунчевог система, а његов гравитациони утицај доминира планетарним кретањем.
Локација Марса у Сунчевом систему – његова удаљеност од Сунца, његових суседа као што су Земља, Месец, Јупитер и Сатурн – тера га на издужену и ексцентричнију орбиту. Насупрот томе, Земља и Месец прате релативно стабилне путање. Као резултат тога, време на Месецу константно тече 56 микросекунди брже дневно од времена на Земљи.
„Али за Марс, то није случај. Његова удаљеност од Сунца и његова ексцентрична орбита чине варијације у времену већим. Проблем са три тела је изузетно компликован. Сада имамо посла са четири: Сунцем, Земљом, Месецом и Марсом“, објаснио је Патла. „Дизање тешког терета било је изазовније него што сам у почетку мислио.
Након што су узели у обзир површинску гравитацију Марса, орбитално кретање и гравитационе ефекте Сунца, Земље и Месеца, Патла и Ешби су дошли до свог коначног прорачуна.
Утирање пута за интернет соларног система
Разлика од 477 милионитих делова секунде може изгледати безначајно. То је отприлике хиљадити део времена потребног за трептање. Ипак, такве мале разлике су веома важне у модерној технологији. На пример, 5Г комуникациони системи захтевају тачност времена у року од десетинке микросекунде.
Данас је потребно од четири до 24 минута да стигну поруке које се шаљу између Земље и Марса, а понекад и дуже. Патла је упоредио ситуацију са комуникацијом пре телеграфа, када су руком писана писма бродом прелазила океане, а да су одговори трајали недељама или месецима да се врате.
Развијање поузданог оквира за мерење времена између планета могло би на крају омогућити синхронизоване комуникационе мреже широм Сунчевог система.
„Време је право за Месец и Марс. Ово је најближе што смо били остварењу научнофантастичне визије ширења широм Сунчевог система.“ Бијунатх Патла, НИСТ физичар
„Ако добијете синхронизацију, то ће бити скоро као комуникација у реалном времену без губитка информација. Не морате да чекате да видите шта ће се десити“, рекао је Патла.
Припрема за будућа истраживања Марса
Потпуно синхронизоване међупланетарне мреже остају далеко у будућности, као и стална људска насеља на Марсу. Ипак, проучавање ових временских изазова сада помаже научницима да предвиде препреке пред њима, приметио је Ешби.
„Можда ће проћи деценије пре него што површина Марса буде прекривена траговима лутајућих ровера, али сада је корисно проучавати питања која се тичу успостављања навигационих система на другим планетама и месецима“, рекао је Ешби. „Као и тренутни глобални навигациони системи попут ГПС-а, ови системи ће зависити од тачних часовника, а ефекти на тактове могу се анализирати уз помоћ Ајнштајнове опште теорије релативности.
Патла је додао да истраживање такође унапређује фундаменталну науку. Мерење како се време понаша у удаљеним световима пружа нове тестове Ајнштајнових теорија специјалне и опште релативности.
„Добро је по први пут знати шта се дешава на Марсу у временском смислу. То нико раније није знао. То побољшава наше знање о самој теорији, теорији како сатови откуцавају и релативности“, рекао је он. „Пролазак времена је фундаменталан за теорију релативности: како га схватате, како израчунавате и шта утиче на то. Ово могу изгледати као једноставни концепти, али могу бити прилично компликовани за израчунавање.“
