Время на Марсе: когда секунда — не просто секунда

Представьте, что вы стоите на пыльной поверхности Марса, глядя на бледно-голубую точку Земли в небе. Вы хотите синхронизировать часы с миссией контроля полета, но оказывается, что ваше «сейчас» и их «сейчас» — понятия относительные в буквальном смысле. Благодаря Альберту Эйнштейну мы знаем, что ткань пространства-времени растягивается и сжимается под влиянием гравитации и скорости. И если человечество всерьез намерено стать межпланетным видом, первый и фундаментальный вопрос, на который нужно ответить, прост: который час на Красной планете?

Марсианские сутки и годы длиннее земных. Сутки на планете, или полный оборот вокруг своей оси, на 40 минут длиннее земных, а для совершения оборота вокруг Солнца требуется 687 дней, по сравнению с 365 днями на Земле. Но ученым нужно было знать, с какой скоростью проходит каждая секунда на Марсе по сравнению с Землей.

Если бы вы высадились на поверхность Марса с атомными часами, они бы продолжали тикать так же, как и на Земле. Но если сравнить марсианские часы с земными, они окажутся рассинхронизированными. Задача состоит в том, чтобы определить, насколько марсианское время отличается от земного, почти как вычислить разницу во времени между часовыми поясами.

Ученые из Национального института стандартов и технологий (NIST), Биджунат Патла и Нил Эшби, впервые дали точный и сложный ответ на этот вопрос. Их исследование, опубликованное в The Astronomical Journal, раскрывает, что в среднем марсианские сутки для атомных часов на 477 микросекунд (миллионных долей секунды) короче земных.

Однако из-за эксцентричной, вытянутой орбиты Марса и гравитационного влияния его космических соседей — Солнца, Земли, Луны и даже Юпитера — эта разница может колебаться в течение марсианского года на целых 226 микросекунд в сутки. Для сравнения, время на Луне стабильно опережает земное на 56 микросекунд, что делает марсианский хронометраж гораздо более сложной задачей.

Расчеты физиков стали возможны благодаря десятилетиям данных с марсианских миссий, позволивших оценить гравитацию на поверхности планеты, которая примерно в пять раз слабее земной. Ученые определили условный аналог «уровня моря» на Марсе для эталона времени. Но ключевой сложностью оказалась необходимость учесть не просто статичную гравитацию планеты, а динамичную «задачу четырех тел»: сложнейшее взаимное влияние Солнца, Земли, Луны и самого Марса на его орбиту и, как следствие, на течение времени. Биджунат Патла отмечает, что работа оказалась гораздо сложнее, чем предполагалось изначально.

Практическая ценность этой, казалось бы, сугубо теоретической работы огромна. Она закладывает основу для будущей навигации и связи в Солнечной системе. Сегодня обмен сигналами между Землей и Марсом сопряжен с задержками от 4 до 24 минут, что напоминает эпоху дотелеграфной связи.

Создание синхронизированной системы времени между планетами — это путь к созданию подобия «межпланетного интернета», где данные можно будет передавать и обрабатывать синхронно, практически в реальном времени, без потери информации. Это критически важно для безопасности пилотируемых миссий, управления роями марсоходов и будущих колоний. Учет мельчайших временных различий имеет ключевое значение для развития коммуникационных сетей. Сети 5G, например, должны обеспечивать точность до десятой доли микросекунды.

Кроме того, исследование имеет глубокую научную значимость. Оно не только проверяет и подтверждает предсказания общей теории относительности Эйнштейна в новых условиях, но и расширяет наши фундаментальные знания о природе времени как такового. Как отметили ученые, приятно впервые в истории человечества точно знать, что происходит со временем на другой планете. Эти вычисления, где простое понятие «секунды» обретает относительность, прокладывают путь не только к Марсу, но и к более полному пониманию самой Вселенной.