Вчені з’ясували: марсіанський час тече трохи швидше, ніж земний. Нове дослідження показує, що відлік годинника на поверхні Марса, коли його порівнювати зі спостереженнями з Землі, у середньому «поспішає» приблизно на 0,477 мілісекунди за добу – тобто на 477 мікросекунд за 24 години. Результат важливий не стільки для побуту, скільки для майбутніх міжпланетних мереж зв’язку та навігації: чіткі часові стандарти знадобляться, коли люди почнуть системно працювати і жити поза Землею.
Чому час на різних планетах відрізняється
Різниця витікатиме не з якихось містичних властивостей Марса, а з фундаментальної фізики. У загальній теорії відносності Альберта Ейнштейна час уповільнюється під впливом сильного тяжіння: годинники в місцях із більшим гравітаційним тиском «тиха» відліковують менше часу, ніж у слабшому полі. Крім того, швидкість руху тіла навколо зорі теж впливає на вимір часу – чим швидше обертання, тим сповільненіший хід годинника в системі спостереження іншої планети.
У звичному прикладі: люди на вершинах гір справді «старіють» трохи швидше, ніж ті, хто живе на рівні моря, бо гравітаційне притягання там дещо слабше – різниця вимірюється мікросекундами.
Дослідження: як вирахували марсіанський час
Фізики Ніл Ешбі (Neil Ashby) і Біджунат Патла (Bijunath Patla) з Національного інституту стандартів і технологій США (NIST) у Боулдері взялися порахувати, наскільки саме «відстає» чи «поспішає» година на Марсі в порівнянні з Землею. Для порівняння вони взяли за орієнтир так званий areoid – еквівалент земного рівня моря для Марса. Areoid визначається поєднанням гравітаційного потенціалу й форми планети, і служить умовною площиною для таких розрахунків.
Авторами було враховано два головні чинники: меншу поверхневу гравітацію Марса (приблизно п’ята частина земної) та повільнішу середню швидкість обертання Марса навколо Сонця. Перший чинник «прискорює» марсіанський час, другий – уповільнює. Результат виявився неочікуваним: ось-ось домінує слабка гравітація, і в сумі годинники на Марсі показують більший проміжок часу, якщо дивитися на них із Землі.
Коливання й складності точних вимірів
Важлива деталь: середнє значення в 477 мікросекунд – не постійна величина. За даними дослідження, величина зміщається щодня в межах приблизно 226 мікросекунд протягом марсіанського року. Це пов’язано з еліптичністю орбіти Марса: вона більш «овальна», ніж у Землі, і зазнає впливу гравітації сусідніх тіл, зокрема Сонця, Землі й навіть Місяця. У певні моменти планетний «танець» збільшує або зменшує ці часові відхилення.
Крім того, автори зафіксували додаткові зміни на рівні близько 40 мікросекунд, що виникають упродовж семи синодичних періодів – синодичний період описує час між повторними однаковими візуальними положеннями планети на небі щодо Землі, тобто інтервал між однаковими конфігураціями взаємного розташування.
Практичне значення та обмеження моделі
Робота опублікована 1 грудня у виданні The Astronomical Journal і має дві важливі ролі: по-перше, вона дає орієнтир для майбутніх систем синхронізації часу в Сонячній системі – наприклад, для мережі зв’язку, яка колись може стати «інтернетом» між планетами. По-друге, це поле для додаткових перевірок загальної теорії відносності та властивостей простору‑часу.
Втім, нинішні розрахунки ще не ідеальні. За словами авторів, похибка сягає близько 100 наносекунд на добу при тривалих вимірюваннях – що означає потребу коригувати марсіанські годинники приблизно кожні сто днів. У роботу не були повністю включені довготривалі ефекти, як-от поступова прецесія орбіт (їхній повільний «розворот» у просторі) та вплив квадрупольних моментів гравітації Землі й Марса – параметрів, що відображають нерівномірний розподіл маси в надрах планет.
Хто згадується і чому це важливо
NIST – Національний інститут стандартів і технологій – американська установа, що встановлює фізичні стандарти, включно з еталонами часу, і доводить методики вимірювання до практичної точності. Ніл Ешбі – відомий фізик у галузі годинникових систем і відносності; його роботи багато років використовують при калібруванні глобальних навігаційних систем. Біджунат Патла – дослідник часу та гравітаційних ефектів у вимірах.
Марс має два маленькі супутники – Фобос і Деймос (Phobos, Deimos). Вони мають крихітні розміри в порівнянні з Місяцем Землі: їхня ширина вимірюється кількома милями, тоді як діаметр нашого супутника близько 3 475 кілометрів. У згаданому дослідженні їхній вплив виявився практично непомітним.
The Astronomical Journal – одне з провідних рецензованих видань у астрономії; публікація там означає, що робота пройшла експертну оцінку і може стати відправною точкою для подальших досліджень. У більш широкому контексті відстеження дрібних часових відмінностей між планетами важливе для точних навігаційних систем, синхронізованих телекомунікацій і експериментів з фундаментальної фізики.
Контекст для майбутніх місій
У найближчі десятиліття очікують масштабні місії, що розширять присутність людини в Сонячній системі – зокрема програма Artemis, яка спрямована на повернення людей на Місяць і підготовку інфраструктури для глибших космічних польотів. Точні часові стандарти на різних небесних тілах значно полегшать координацію дій, обмін даними і навігацію між базами на поверхні, орбітальними станціями та Землею.
