Čas na Marse plynie rýchlejšie ako na Zemi a komplikuje budúce vesmírne misie

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Marťanské hodiny tikajú o 477 mikrosekúnd denne rýchlejšie.

• Rozdiel spôsobuje slabšia gravitácia a orbitálna rýchlosť Marsu.

• Presná synchronizácia je nevyhnutná pre navigačné systémy GPS.

Najnovšia vedecká štúdia fyzikov z amerického Národného inštitútu pre štandardy a technológie (NIST) definitívne potvrdila, že slávna Einsteinova teória relativity bude mať celkom praktické a zásadné dôsledky pre budúcich kolonizátorov červenej planéty.

Renomovaní výskumníci Neil Ashby a Bijunath Patla na základe precíznych výpočtov a modelovania určili, že čas na Marse plynie v priemere o 477 mikrosekúnd (milóntin sekundy) denne rýchlejšie ako na Zemi. Hoci sa tento časový rozdiel môže na prvý pohľad zdať zanedbateľný pre bežný život a vnímanie človeka, pre citlivé prístroje je to priepasť.

Pre presné satelitné navigačné systémy (obdoba GPS) a kritickú telekomunikačnú infraštruktúru predstavuje táto odchýlka obrovskú technickú výzvu, ktorú bude nutné vyriešiť ešte pred príchodom prvých ľudí na povrch Marsu. Tento fascinujúci jav je spôsobený dvoma hlavnými faktormi, ktoré detailne popisuje všeobecná a špeciálna teória relativity Alberta Einsteina: gravitačnou dilatáciou času a dilatáciou spôsobenou relatívnou rýchlosťou pohybu telies.

Keďže Mars má výrazne menšiu hmotnosť a teda len približne pätinovú gravitáciu v porovnaní so Zemou, čas v jeho slabšom gravitačnom poli beží rýchlejšie. Podľa všeobecnej relativity totiž silná gravitácia spomaľuje plynutie času, čo znamená, že čím ďalej ste od hmotného telesa (alebo čím je teleso ľahšie), tým rýchlejšie vaše hodiny tikajú.

Zároveň je Mars v priemernej vzdialenosti ďalej od Slnka a pohybuje sa po svojej obežnej dráhe inou rýchlosťou ako Zem, čo tiež ovplyvňuje plynutie času z pohľadu pozorovateľa, ako to definuje špeciálna teória relativity. Výsledkom zložitej kombinácie týchto gravitačných a rýchlostných vplyvov je spomínaný časový posun, ktorý však nie je konštantný, ale v čase kolíše.

Výskumníci zistili, že rozdiel v plynutí času sa v priebehu jedného marťanského roka mení až o 226 mikrosekúnd, čo komplikuje akúkoľvek jednoduchú korekciu. Je to spôsobené najmä tým, že obežná dráha Marsu okolo Slnka je výrazne eliptickejšia (excentrickejšia) ako dráha Zeme, ktorá je takmer kruhová.

Keď sa planéta na svojej dráhe priblíži k Slnku (perihélium), jej orbitálna rýchlosť sa zvýši, a keď sa vzdiali (afélium), spomalí sa, čo dynamicky a neustále mení silu relativistických efektov. Do výpočtov navyše vstupuje komplexný astrofyzikálny "problém štyroch telies", ktorý zahŕňa vzájomné gravitačné pôsobenie Slnka, Zeme, Mesiaca a samotného Marsu.

To robí presnú synchronizáciu hodín medzi planétami mimoriadne matematicky a výpočtovo náročnou úlohou vyžadujúcou nové algoritmy. Pre porovnanie, hodiny na našom Mesiaci tikajú rýchlejšie o približne 56 mikrosekúnd denne, čo je hodnota, s ktorou sa vedci a inžinieri už naučili pracovať pri plánovaní lunárnych misií v rámci programu Artemis.

Marťanský časový posun je však rádovo väčší a premenlivejší, čo by bez adekvátnej softvérovej korekcie viedlo k rýchlemu a fatálnemu znefunkčneniu akéhokoľvek systému na určovanie polohy. Ak by sa navigačný systém na Marse nesynchronizoval s prihliadnutím na tieto relativistické odchýlky, chyby v určení polohy by narastali dramatickým tempom, rádovo o desiatky až stovky metrov v krátkom čase.

To by mohlo viesť k navigačným katastrofám pri autonómnom pristávaní zásobovacích modulov alebo pri pohybe astronautov a roverov v neznámom a nebezpečnom teréne.

Zaujímavým, hoci skôr teoretickým dôsledkom tohto javu pre ľudskú posádku je, že astronaut, ktorý by strávil na Marse dlhých 50 rokov, by bol pri návrate na Zem o približne 9 sekúnd starší, než jeho identické dvojča, ktoré by zostalo doma. Hoci z biologického hľadiska je tento rozdiel pre starnutie organizmu irelevantný, z hľadiska techniky, fyziky a synchronizácie dátových sietí je to obrovský rozdiel.

Štúdia publikovaná v renomovanom odbornom časopise The Astronomical Journal poskytuje nevyhnutný teoretický rámec pre vytvorenie presného "marťanského súradnicového času". Tento nový časový štandard bude slúžiť ako základný kameň pre budúci "internet Slnečnej sústavy" a komunikáciu medzi planétami.

Pochopenie týchto jemných, no kritických nuáns časopriestoru je kľúčovým krokom k tomu, aby sme sa ako civilizácia stali skutočným medziplanetárnym druhom. Budovanie trvalej infraštruktúry na iných planétach si vyžaduje nielen výkonné nosné rakety a odolné obydlia, ale aj extrémne presné atómové hodiny a softvér, ktorý dokáže kompenzovať ohýbanie reality spôsobené gravitáciou a rýchlosťou.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Tento objav je kľúčový pre vytvorenie funkčného GPS a komunikačného systému na Marse, bez ktorého by bola presná navigácia a bezpečná ľudská prítomnosť na planéte nemožná.

^{Zdroj: livescience.com foto: depositphotos.com}