Ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST) рассчитали, как течет время на Марсе по сравнению с Землей, уточнив детали того, как должна работать система измерения времени за пределами земной орбиты.
Исследование, опубликованное в The Astronomical Journal, показало, что часы на Марсе идут в среднем на 477 микросекунд, или миллионных долей секунды, быстрее в сутки, чем часы на Земле. Микросекунда — это одна миллионная доля секунды, очень малая единица, используемая в точных научных системах измерения времени, таких как атомные часы, которые отмеряют время, используя стабильное поведение атомов.
Эта разница не является постоянной. Поскольку Марс движется вокруг Солнца по некруговой траектории (эксцентрическая орбита, что означает изменение его расстояния от Солнца с течением времени вместо фиксированного положения) и подвержен гравитационному влиянию других тел, суточная разница может варьироваться до 226 микросекунд за марсианский год.
Исследование также выявило более мелкие повторяющиеся изменения, составляющие около 40 микросекунд в сутки, связанные с синодическими циклами (периодами, описывающими взаимное расположение планет при их движении по орбитам вокруг Солнца с разных позиций). Эти более длительные закономерности влияют на то, как разница во времени медленно нарастает и спадает.
Для получения этих оценок исследователи сравнили Марс с Землей и Луной. Работа рассматривает релятивистское собственное время (время, фактически измеряемое часами в зависимости от их скорости и силы гравитации в месте их нахождения, как описано в теории относительности Эйнштейна). Это показывает, что у каждого мира свой, немного отличающийся «темп» времени.
Это становится более важным по мере расширения космических миссий в окололунное пространство (область между Землей и Луной) и к Марсу. На Земле системы времени полагаются на атомные часы и спутники, которые остаются тесно синхронизированными для навигации и связи.
Исследование основано на теории относительности Альберта Эйнштейна, которая показывает, что на время влияют гравитация и движение. Более сильная гравитация замедляет ход часов, а более слабая — ускоряет.
«Время как раз подходит для Луны и Марса», — сказал физик NIST Биджунатх Патла. «Это самое близкое, что мы подошли к реализации научно-фантастического видения освоения Солнечной системы».
Сутки на Марсе примерно на 40 минут длиннее, чем на Земле, а марсианский год длится 687 земных суток. Но главный вопрос не только в днях и годах, а в том, как быстро проходит само время.
Атомные часы, помещенные на Марс, будут функционировать нормально, но по сравнению с часами на Земле они будут медленно расходиться из-за различий в гравитации и движении. Это требует тщательного расчета того, что сродни разнице часовых поясов между планетами.
Исследователи смоделировали Марс, используя опорную поверхность, и учли гравитационные эффекты от Солнца, Земли, Луны и других планет. Это включает многотеловую гравитационную систему (часто описываемую как задача трех или четырех тел, где прогнозирование движения становится сложным, поскольку несколько крупных объектов одновременно притягивают друг друга гравитацией).
Марс также следует кеплеровской орбите (идеализированной эллиптической орбите, основанной на простых законах гравитации, предполагающих плавное движение, до добавления реальных возмущений от других тел).
Кроме того, исследователи учли солнечные приливы (небольшие изменения гравитационной силы, вызванные Солнцем, которые незначительно искажают движение планет и отсчет времени, особенно в системах, включающих Землю и Луну).
Эти совокупные эффекты описываются как релятивистские поправки собственного времени (небольшие, но измеримые различия в прошедшем времени между местоположениями, вызванные гравитацией и движением), которые необходимо учитывать при сравнении часов между планетами.
«Но для Марса это не так. Его расстояние от Солнца и эксцентрическая орбита вызывают большие колебания времени. Задача трех тел чрезвычайно сложна. Теперь мы имеем дело с четырьмя: Солнце, Земля, Луна и Марс», — пояснил Патла. «Основная работа оказалась сложнее, чем я изначально думал».
Хотя различия чрезвычайно малы, они имеют значение для систем навигации и связи, зависящих от точного времени. Даже современные сети на Земле, такие как мобильные системы, полагаются на точность синхронизации в очень малых долях секунды.
Связь между Землей и Марсом в настоящее время занимает от четырех до 24 минут или более в зависимости от положения планет, что означает, что сигналы не являются реального времени. Общая и точная система времени могла бы помочь будущим миссиям уменьшить путаницу при навигации и обмене данными.
«Если вы добьетесь синхронизации, это будет почти как связь в реальном времени без какой-либо потери информации. Вам не придется ждать, чтобы увидеть, что происходит», — сказал Патла.
Исследователи отмечают, что полностью развитые межпланетные сети связи все еще далекое будущее. Однако понимание того, как ведет себя время на разных планетах, помогает подготовиться к созданию таких систем.
«Могут пройти десятилетия, прежде чем поверхность Марса покроется следами блуждающих марсоходов, но уже сейчас полезно изучать проблемы, связанные с созданием навигационных систем на других планетах и лунах», — сказал Нил Эшби. «Как и современные глобальные навигационные системы, такие как GPS, эти системы будут зависеть от точных часов, а влияние на частоту хода часов можно проанализировать с помощью общей теории относительности Эйнштейна».
Патла добавил, что результаты также помогают лучше понять само время в рамках теории относительности. «Хорошо впервые узнать, что происходит с точки зрения времени на Марсе. Никто не знал этого раньше. Это улучшает наши знания о самой теории, теории о том, как тикают часы и об относительности», — сказал он.
Source: NIST, IOPscience
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
