Kako funkcionira vrijeme izvan naše planete?
Na Zemlji je pronalazak točnog vremena jednostavan. Naša planeta oslanja se na sofisticirani globalni sustav koji kombinira atomske satove, GPS satelite i ultra-brze komunikacijske mreže kako bi sve ostalo usklađeno.
Ta preciznost se prirodno ne proteže izvan Zemlje. Albert Einstein je pokazao da vrijeme ne prolazi jednako brzo posvuda u svemiru. Brzina otkucaja sata ovisi o gravitaciji, što znači da satovi sporije rade u jačoj gravitaciji i brže u slabijoj. Čak je i usklađivanje vremena diljem Zemlje kompleksno. Proširenje te koordinacije diljem Sunčevog sustava još je izazovnije.
Za buduće istraživače koji se nadaju životu i radu na Marsu, prvo se mora odgovoriti na fundamentalno pitanje: Koliko je sati na Marsu?
Znanstvenici prvi put izračunali marsovo vrijeme
Fizičari iz Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) sada su dali precizan odgovor. Njihovi proračuni pokazuju da, u prosjeku, satovi na Marsu otkucavaju 477 mikrosekundi (miliontina sekunde) brže dnevno nego satovi na Zemlji.
Ta razlika nije konstantna. Zbog Marsove izdužene putanje i gravitacijskih utjecaja drugih tijela, razlika u vremenu može varirati čak do 226 mikrosekundi dnevno tijekom marsove godine.
Istraživanje je nedavno objavljeno u časopisu The Astronomical Journal, a temelji se na studiji iz 2024. u kojoj su znanstvenici NIST-a opisali okvir za visoko precizno mjerenje vremena na Mjesecu.
„Vrijeme je upravo pravo za Mjesec i Mars. Ovo je najbliže što smo bili realizaciji znanstveno-fantastične vizije proširenja diljem Sunčevog sustava.” – Bijunath Patla, NIST fizičar
Razumijevanje kako vrijeme prolazi na Marsu ključno je za buduće misije, rekao je NIST fizičar Bijunath Patla. Kako NASA priprema naprednije istraživanje Marsa, točno vrijeme bit će ključno za navigaciju, komunikaciju i koordinaciju preko planetarnih udaljenosti.
Gravitacija, putanje i relativnost
Mars funkcionira po drugačijem rasporedu od Zemlje na više načina. Jedan marsovski dan traje otprilike 40 minuta dulje od zemaljskog, a marsovska godina proteže se preko 687 zemaljskih dana u usporedbi s 365 dana na Zemlji.
Znanstvenici su trebali odrediti prolazi li svaka sekunda na Marsu istom brzinom kao i na Zemlji. Atomski sat postavljen na površinu Marsa funkcionirao bi normalno. Sat bi otkucavao jednako kao na Zemlji. Problem se pojavljuje kada se taj marsovski sat usporedi s onim na Zemlji. S vremenom, ta dva sata se razilaze.
Zadatak znanstvenika bio je točno odrediti koliko ta razlika iznosi, slično definiranju vremenske zone planeta.
Kompleksni proračuni za četiri tijela
Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, gravitacija mijenja protok vremena. Satovi usporavaju u jačoj gravitaciji i ubrzavaju gdje je gravitacija slabija. Kretanje planeta kroz prostor također utječe na prolazak vremena, pri čemu orbitalna brzina doprosi dodatnim promjenama.
Da bi proračuni bili mogući, istraživači NIST-a odabrali su specifičnu referentnu točku na marsovoj površini, usporedivu s razinom mora na Zemljinom ekvatoru. Koristeći podatke prikupljene tijekom godina misija na Mars, Patla i kolega Neil Ashby procijenili su površinsku gravitaciju na Marsu, koja je otprilike pet puta slabija od Zemljine.
Gravitacija Marsa sama po sebi nije bila dovoljna za objašnjenje pune slike. Sunčev sustav je dinamično okruženje ispunjeno masivnim objektima koji se neprestano privlače. Sunce sadrži više od 99% ukupne mase Sunčevog sustava, a njegov gravitacijski utjecaj dominira kretanjem planeta.
Marsova lokacija u Sunčevom sustavu — njegova udaljenost od Sunca, susjedi poput Zemlje, Mjeseca, Jupitera i Saturna — prisiljava ga na izduženiju i ekscentričniju putanju. Kao rezultat toga, vrijeme na Mjesecu dosljedno prolazi 56 mikrosekundi brže dnevno nego vrijeme na Zemlji.
„Ali za Mars to nije slučaj. Njegova udaljenost od Sunca i ekscentrična putanja čine varijacije vremena većim. Problem tri tijela je iznimno kompliciran. Sada se nosimo s četiri: Sunce, Zemlja, Mjesec i Mars.” – Bijunath Patla
Nakon što su uzeli u obzir marsovsku površinsku gravitaciju, orbitalno kretanje i gravitacijske efekte Sunca, Zemlje i Mjeseca, Patla i Ashby došli su do konačnog proračuna.
Priprema za buduće istraživanje Marsa
Razlika od 477 miliontina sekundi može se činiti nevažnom. To je otprilike tisućiti dio vremena potrebnog za treptaj oka. Ipak, takve sitne razlike imaju veliku važnost u modernoj tehnologiji. Na primjer, 5G komunikacijski sustavi zahtijevaju točnost vremena unutar desetine mikrosekunde.
Danas poruke poslane između Zemlje i Marsa trebaju od četiri do 24 minute da stignu, a ponekad i duže. Patla je usporedio situaciju s komunikacijom prije telegrafa, kada su ručno pisana pisma prelazila oceane brodovima, a odgovori su trebali tjednima ili mjesecima da se vrate.
Razvoj pouzdanog okvira za mjerenje vremena između planeta mogao bi na kraju omogućiti sinkronizirane komunikacijske mreže diljem Sunčevog sustava.
Ashby je napomenuo da proučavanje ovih izazova sada pomaže znanstvenicima da predvide prepreke koje dolaze.
„Može proći desetljeća prije nego što je površina Marsa prekrivena tragovima lutajućih rovera, ali sada je korisno proučavati probleme uključene u uspostavu navigacijskih sustava na drugim planetima i mjesecima.” – Neil Ashby
Patla je dodao da istraživanje također unapređuje fundamentalnu znanost. Mjerjenje kako se vrijeme ponaša na udaljenim svjetovima pruža nova testiranja Einsteinovih teorija posebne i opće relativnosti.
„Dobro je prvi put znati što se događa na Marsu po pitanju vremena. Nitko to prije nije znao. Poboljšava naše znanje o samoj teoriji, teoriji o tome kako satovi otkucavaju i relativnosti.” – Bijunath Patla
