Спросите кого-нибудь на Земле о времени, и он сможет дать вам точный ответ благодаря сложной системе измерения времени нашей планеты, построенной на атомных часах, спутниках GPS и высокоскоростных телекоммуникационных сетях.
Однако Эйнштейн показал нам, что часы идут с разной скоростью во всей Вселенной. Часы идут немного быстрее или медленнее в зависимости от силы гравитации окружающей среды, что затрудняет синхронизацию наших часов здесь, на Земле, не говоря уже о всей Солнечной системе. Если люди хотят обосноваться на Красной планете надолго, учёным необходимо знать: который час на Марсе?
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) впервые получили точный ответ. В среднем часы на Марсе идут на 477 микросекунд (миллионных долей секунды) быстрее, чем на Земле, в сутки. Однако эксцентрическая орбита Марса и гравитация его небесных соседей могут увеличивать или уменьшать это время на целых 226 микросекунд в сутки в течение марсианского года.
Эти результаты, только что опубликованные в The Astronomical Journal , являются продолжением статьи 2024 года , в которой физики NIST разработали план точного измерения времени на Луне.
По словам физика Национального института стандартов и технологий США Биджуната Патлы, понимание хода часов на Марсе — это важный шаг для будущих космических миссий. Поскольку НАСА планирует миссии по исследованию Марса, понимание времени на соседней планете поможет синхронизировать навигацию и связь по всей Солнечной системе.
«Сейчас самое время для Луны и Марса», — сказал Патла. «Мы ещё никогда не были так близки к воплощению научно-фантастической идеи расширения по всей Солнечной системе».
Часовой пояс Марса
Марсианские дни и годы длиннее земных. Марсианские сутки, или полный оборот вокруг своей оси, на 40 минут длиннее земных, а полный оборот вокруг Солнца занимает 687 дней, в то время как на Земле этот период составляет 365 дней. Но учёным нужно было узнать, насколько быстро или медленно проходит каждая секунда на Марсе по сравнению с Землёй.
Если бы вы приземлились на поверхность Марса с атомными часами, они бы шли так же, как и на Земле. Но если сравнить марсианские часы с земными, они будут рассинхронизированы. Задача состоит в том, чтобы определить, насколько марсианское время смещено относительно земного, что практически равносильно вычислению разницы во времени между часовыми поясами.
Это оказалось гораздо сложнее, чем предполагали физики из NIST. Теория относительности Эйнштейна утверждает, что сила гравитации влияет на ход времени. Часы идут медленнее там, где гравитация сильнее, и быстрее там, где гравитация слабее. Скорость орбиты планеты также может приводить к замедлению или ускорению хода часов.
NIST выбрал точку на поверхности Марса в качестве точки отсчёта, своего рода уровень моря на экваторе на Земле. Благодаря многолетним данным, собранным в ходе марсианских миссий, Патла и его коллега, физик NIST Нил Эшби, смогли оценить силу тяжести на поверхности планеты, которая в пять раз слабее земной.
Но им нужно было учитывать не только гравитацию Марса. В нашей Солнечной системе есть и другие массивные тела, которые притягивают друг друга. Более 99% массы нашей Солнечной системы приходится на Солнце. Положение Марса в Солнечной системе — его расстояние от Солнца и таких соседей, как Земля, Луна, Юпитер и Сатурн, — вытягивает его на более эксцентричную, вытянутую орбиту. Орбиты Земли и Луны относительно постоянны; время на Луне постоянно на 56 микросекунд быстрее, чем на Земле.
«Но для Марса это не так. Его удалённость от Солнца и эксцентричность орбиты увеличивают временные изменения. Задача трёх тел чрезвычайно сложна. Теперь мы имеем дело с четырьмя: Солнцем, Землёй, Луной и Марсом», — пояснил Патла. «Эта тяжёлая работа оказалась сложнее, чем я изначально думал».
Приняв во внимание все эти эффекты — гравитацию марсианской поверхности, эксцентрическую орбиту Марса, влияние Солнца, Земли и Луны на Марс — Патла и Эшби пришли к своему ответу.
Прокладывая путь для интернета в солнечной системе
Возможно, 477 миллионных секунды кажутся небольшим временем — это примерно одна тысячная времени, необходимого для моргания. Но учёт крошечных временных различий — ключ к развитию сетей связи. Например, сети 5G должны работать с точностью до десятой доли микросекунды.
Сейчас связь между Землёй и Марсом задерживается на 4–24 минуты (иногда и больше). Патла объяснил, что это почти как дотелеграфная связь: люди доставляли рукописные письма на корабль, который пересекал океан, а затем неделями или месяцами ждали ответа с другого корабля.
Наличие системы синхронизации времени между планетами прокладывает путь к созданию синхронизированных сетей на огромных расстояниях.
«Если добиться синхронизации, это будет почти как общение в реальном времени, без потери информации. Вам не придётся ждать, чтобы увидеть, что произойдёт», — сказал Патла.
Эти сети далеки от реальности, как и долгосрочные миссии человека и роботов на Марс, отметил Эшби. Изучение этих вопросов помогает учёным подготовиться ко всем переменным, с которыми им предстоит столкнуться.
«Возможно, пройдут десятилетия, прежде чем поверхность Марса покроется следами странствующих марсоходов, но уже сейчас полезно изучить вопросы, связанные с созданием навигационных систем на других планетах и лунах», — сказал Эшби. «Как и современные глобальные навигационные системы, такие как GPS, эти системы будут зависеть от точности часов, и их влияние на ход часов можно проанализировать с помощью общей теории относительности Эйнштейна».
Патла добавил, что эти знания имеют и научную ценность. Понимание того, как будут тикать часы на далёких планетах, — это новая информация, основанная на специальной и общей теориях относительности Эйнштейна.
«Приятно впервые узнать, что происходит на Марсе с точки зрения времени. Никто раньше этого не знал. Это расширяет наши знания самой теории, теории хода часов и теории относительности», — сказал он. «Течение времени — фундаментальная основа теории относительности: как вы его понимаете, как вы его рассчитываете и что на него влияет. Эти концепции могут показаться простыми, но их может быть довольно сложно рассчитать».
Источники:
Статья создана по материалам https://phys.org/news/2025-12-mars-physicists.html
