Исследования марсианского времени давно вызывали интерес у учёных, но точные данные о том, как именно "тикают" секунды на Красной планете, стали доступны совсем недавно. Новые расчёты показывают: разница во времени между Землёй и Марсом куда значительнее, чем считалось. Это открывает дорогу к созданию точной навигации и будущего межпланетного интернета. Об этом сообщает The Astronomical Journal.
На Земле вопрос о том, который сейчас час, кажется простым: всему помогают атомные часы, спутники и развитая система синхронизации. В Солнечной системе такой роскоши нет. Теория относительности указывает, что течение времени зависит от гравитации и скорости движения, а значит, на разных планетах одна и та же секунда проходит с разной скоростью.
Физики Национального института стандартов и технологий США рассчитали, что марсианские часы идут быстрее земных примерно на 477 микросекунд в сутки. Кажется, что величина ничтожна, но именно такие различия будут влиять на будущие системы навигации и коммуникаций. Эти данные особенно важны в контексте развития космических программ, включая подготовку миссий вроде Artemis II.
"Мы как никогда близки к тому, чтобы воплотить в жизнь освоение Солнечной системы", — сказал физик Биджунатх Патла национального института стандартов и технологий США.
Учёные также обнаружили, что разница не является постоянной: вытянутая орбита Марса вызывает колебания в пределах 226 микросекунд. Это означает необходимость отдельной временной шкалы для всех марсианских систем, особенно если планируется координация работы орбитальных аппаратов, марсоходов и будущих пилотируемых экспедиций.
Теория относительности связывает течение времени с гравитацией: чем она слабее, тем быстрее идут часы. Гравитация Марса почти в пять раз слабее земной — и это лишь один из факторов. Орбита Марса значительно отличается от земной: её вытянутость приводит к тому, что скорость движения планеты заметно меняется. При этом на Марс влияют Земля, Луна, Юпитер и даже более далёкие гиганты.
"Колебания во времени на Марсе оказываются куда значительнее из-за эксцентричной орбиты", — пояснил Патла.
Учёные использовали многолетние данные марсианских миссий, чтобы определить гравитацию, параметры поверхности и поведение орбиты. Такие расчёты относятся к задачам многих тел — одним из самых сложных типов в небесной механике. Даже малейшие отклонения в орбите Марса приводят к накоплению ошибок в расчётах, что особенно важно для навигационных систем будущего.
Кроме того, параллельные исследования Луны дают новые ориентиры для понимания поведения времени. Например, недавние данные о формировании гематита, исследованного в работе о минерале на Луне, показывают, насколько разными могут быть физические процессы в пределах одной системы.
Сигнал между Марсом и Землёй идёт от четырёх до двадцати четырёх минут — и это без учёта технологических задержек. Если будущие системы связи будут опираться на неточные временные метки, ошибка передачи станет неизбежной. Для управления марсоходами, дрон-орбитерами, посадочными модулями и роботизированными комплексами понадобится сеть синхронизированных часов.
"Синхронизация позволит передавать данные почти мгновенно, без потерь и задержек", — сказал Патла.
Марс интересен не только как объект для будущих экспедиций, но и как возможный дом для древней жизни. Некоторые исследования указывают, что структуры в марсианских породах могут иметь биологическое происхождение, что обсуждается в аналитике о возможных биосигнатурах на Марсе. Чтобы такие данные сравнивать с земными, необходим единый временной стандарт.
"Навигационные системы на других планетах требуют продуманности задолго до начала экспедиций", — отметил физик Нил Эшби национального института стандартов и технологий США.
Понимание марсианского времени помогает уточнять и фундаментальные физические модели. Марс — идеальная лаборатория, где можно наблюдать эффекты относительности в естественных условиях.
Планеты отличаются по нескольким ключевым параметрам. На Земле орбита почти круговая, гравитация стабильная, а вариации временных показателей минимальны. На Марсе:
• гравитация слабее;
• орбита сильнее вытянута;
• сутки длиннее примерно на 40 минут;
• временные колебания выше;
• влияние других тел сильнее.
Эти различия делают невозможным использование земной временной шкалы без корректировок. Важность точного отсчёта усиливается при планировании запусков, работы спутников и будущих миссий.
Создание новой временной системы даёт множество преимуществ. Она позволит повысить точность навигации, улучшить координацию орбитальных аппаратов и собранных данных, а также станет основой для межпланетного интернета. Она важна и для безопасности, поскольку ошибки времени могут привести к сбоям при посадке или движении роботов.
Однако есть и сложности. Система должна учитывать орбитальные колебания, гравитационные взаимодействия, атмосферные условия и влияние других планет. Это требует постоянного уточнения данных и сложных вычислений.
Разработать эталонные часы, устойчивые к перепадам температуры и слабой гравитации.
Создать сеть орбитальных аппаратов, передающих стабильный временной сигнал.
Разработать алгоритмы синхронизации, учитывающие гравитацию, орбиту и относительность.
Связать земные и марсианские временные шкалы единым протоколом.
Тестировать систему на автоматических миссиях, прежде чем использовать её в пилотируемых экспедициях.
1. Почему время на Марсе идёт быстрее?
Потому что гравитация слабее, а слабое гравитационное поле ускоряет ход часов.
2. Можно ли использовать земные часы без изменений?
Нет. Они будут идти иначе под действием другой гравитации и орбиты.
3. Почему важны микросекунды?
Современные системы связи работают с точностью до десятых долей микросекунды — любая ошибка приводит к сбоям.