Mokslininkų iš JAV Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) tyrimas atskleidė, kad laikrodžiai Marse vidutiniškai eina 477 milijardąsias sekundės dalis (477 mikrosekundes) per parą greičiau nei Žemėje.
Iš pirmo žvilgsnio toks skirtumas atrodo menkas, tačiau jis tampa kritiškai svarbus, kai reikia ypač tiksliai suderinti laiką tarp Žemės, Mėnulio ir Marso, pavyzdžiui, kosminių misijų ar navigacijos sistemų veikimui.
Pagal Alberto Einsteino bendrosios reliatyvumo teoriją laiką veikia masė – tai vadinama gravitaciniu laiko dilatacijos efektu. Stebėtojui iš šalies laikrodžiai stipresnioje gravitacijos lauko zonoje eina lėčiau nei jo paties laikrodis. Atitinkamai, silpnesniame gravitacijos lauke „sekundė“ yra truputį trumpesnė nei ten, kur gravitacija stipresnė.
Puikus pavyzdys – GPS palydovuose esantys atominiai laikrodžiai. Jie, lyginant su laikrodžiais Žemės paviršiuje, eina greičiau. Taip yra dėl dviejų veiksnių derinio: silpnesnio gravitacijos lauko vidutinės Žemės orbitos aukštyje ir paties palydovo judėjimo greičio. Bendrai tai sudaro apie 38 mikrosekundes per parą.
Kaip kuriama Marsui skirta laiko skalė
NIST fizikai Neilas Ashby ir Bijunathas Patla sukūrė itin tikslų laiko matavimo modelį Marsui.
Ši komanda jau anksčiau parengė Mėnuliui taikomo laiko standartą – Mėnulio laiką, analogišką Žemėje naudojamam pasauliniam koordinuotajam laikui (UTC). UTC yra pasaulinis atskaitos standartas, kuriuo naudojasi astronomai ir Giliosios kosmoso ryšių tinklas (DSN). Jo tikslumas siekia apie 100 pikosekundžių per parą (pikosekundė – tai trilijonoji sekundės dalis).
Mėnulio paviršiuje laikas bėga maždaug 56 mikrosekundėmis per parą greičiau nei Žemėje. Tai lemia Mėnulio masė ir sudėtingas gravitacinis sąveikavimas tarp Saulės, Žemės ir Mėnulio.
Kodėl Marsui laiko apskaičiuoti sunkiau
Patla paaiškina, kad Marsui parengti tikslų laiko standartą yra kur kas sudėtingiau nei Mėnuliui: „Trijų kūnų problema jau yra labai sudėtinga. O čia turime keturis dangaus kūnus – Saulę, Žemę, Mėnulį ir Marsą.“
Marsas turi daug silpnesnę paviršiaus gravitaciją nei Žemė, nes jo masė yra maždaug dešimt kartų mažesnė. Remdamiesi Marso misijų duomenimis, Ashby ir Patla įvertino, kad Marso paviršiaus traukos jėga yra apie penkis kartus silpnesnė už Žemės.
Be to, Marsas nuo Saulės nutolęs maždaug 1,5 astronominio vieneto (AU), kai Žemė – 1 AU atstumu. Gravitacijos traukos stipris su atstumu mažėja pagal atvirkštinio kvadrato dėsnį, todėl Saulės gravitacinis poveikis Marsui yra silpnesnis.
Situaciją dar labiau komplikuoja tai, kad Marso orbita gerokai labiau elipsinė (ekscentriška) nei Žemės. Dėl to Marsas patiria didesnius gravitacinio potencialo svyravimus skirtingose savo orbitos vietose.
Kiek greitesnis laikas Marse?
Apibendrinus visus šiuos veiksnius, nustatyta, kad vidutiniškai Marso laikrodžiai eina 477 mikrosekundėmis per parą greičiau nei Žemės laikrodžiai. Tačiau šis skirtumas per Marso metus svyruoja – priklausomai nuo Marso padėties orbitoje, laiko eigos skirtumas gali padidėti arba sumažėti apie 266 mikrosekundėmis per parą.
Marso metai taip pat yra gerokai ilgesni nei žemiški – raudonajai planetai apskrieti Saulę prireikia 687 Žemės dienų. Ilgesnė ir pati Marso para: Marsui apsisukti aplink savo ašį reikia maždaug 40 minučių daugiau nei Žemei.
Kodėl tai svarbu būsimoms misijoms
Tikslių ir lengvai skalėjamų laiko sistemų sukūrimas yra būtinas būsimiems Marso tyrimams ir ilgalaikėms misijoms, įskaitant istorinio žmonių nusileidimo planavimą.
„Gali praeiti dešimtmečiai, kol Marso paviršius bus nusėtas klajojančių roverių vėžėmis, tačiau jau dabar verta tirti navigacijos sistemų kūrimo kitose planetose ir mėnuliuose klausimus“, – sako Ashby.
Artimiausiu laikotarpiu už Žemės ribų kuriamos laiko sistemos bus ypač reikalingos Mėnulio misijoms – tiek komercinėms, tiek nacionalinėms programoms. Laiko sinchronizavimas bus būtinas komunikacijai, padėties nustatymui ir navigacijai.
Vienas iš pagrindinių tikslų – sukurti laiko infrastruktūrą, kuri veiktų toliau už Žemės–Mėnulio sistemos ribų ir sudarytų pagrindą vadinamajai „autonominei tarpplanetinei laiko sinchronizacijai“. Šis tyrimas yra svarbus žingsnis siekiant tokios ateities.
Patla pabrėžia šių darbų reikšmę: „Dabar yra pats tinkamiausias metas Mėnulio ir Marso laikui. Tai artimiausia būsena, kokią esame pasiekę iki moksline fantastika laikyto vaizdinio – žmonijos plėtros po visą Saulės sistemą.“
Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale The Astronomical Journal.
