Fizičari prvi put precizno izračunali koliko brzo teče vrijeme na Marsu.
Koliko je sati na Marsu jedno je od ključnih pitanja ako se planira dugotrajnija ljudska prisutnost na Crvenom planetu. Fizičari iz američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) sada su po prvi put precizno izračunali kako marsovski satovi kucaju u odnosu na one na Zemlji. Njihovi rezultati pokazuju da vrijeme na Marsu teče primjetno drukčije, dovoljno da u budućnosti utječe na navigaciju, komunikacijske mreže i planiranje misija.
Prema novim proračunima, marsovski će satovi u prosjeku kucati 477 mikrosekundi, odnosno milijuntinki sekunde, brže od zemaljskih tijekom jednog dana. Zbog Marsove izdužene putanje oko Sunca i gravitacijskih utjecaja susjednih tijela u Sunčevu sustavu, taj se iznos tijekom marsovske godine može mijenjati za dodatnih 226 mikrosekundi na dan. Rezultati su upravo predstavljeni u časopisu The Astronomical Journal i nadovezuju se na rad iz 2024. u kojem je isti NIST-ov tim razradio plan kako precizno mjeriti vrijeme na Mjesecu.
Voditelj istraživanja, fizičar Bijunath Patla, ističe da je razumijevanje “marsovskog vremena” važan korak za buduće svemirske misije. Kako NASA planira nove misije istraživanja Marsa, precizno definiranje vremena na susjednom planetu postaje nužno za usklađivanje navigacije i komunikacije na razini čitavog Sunčeva sustava. “Vrijeme je upravo pravo za Mjesec i Mars”, rekao je Patla. “Ovo je najbliže što se čovječanstvo dosad približilo znanstvenofantastičnoj viziji širenja kroz Sunčev sustav.”
Mars kao izazov za precizno mjerenje vremena
Na Marsu dan i godina traju dulje nego na Zemlji. Planet se oko svoje osi okrene za otprilike 40 minuta dulje od zemaljskog dana, a za jedan obilazak oko Sunca potrebno mu je 687 dana, u odnosu na 365 dana na Zemlji. No za fizičare koji se bave vremenom ključno pitanje nije samo duljina dana i godine, nego brzina kojom prolazi svaka pojedina sekunda u različitim gravitacijskim uvjetima.
Ako bi se na površinu Marsa spustio atomski sat, on bi lokalno nastavio kucati kao i na Zemlji. Razlika nastaje tek kada se usporedi s referentnim atomskim satom na Zemlji. Tada se pokaže da dva sata nisu savršeno usklađena, jer gravitacija i brzina gibanja planeta utječu na protok vremena, baš kako je predvidjela Einsteinova teorija relativnosti. Zadatak fizičara bio je odrediti kolika je točna razlika, kao da se računa vremenska razlika između dviju vremenskih zona, ali na međuplanetarnoj razini.
Ispostavilo se da je taj problem složeniji nego što je NIST tim očekivao. Prema općoj teoriji relativnosti, satovi kucaju sporije u jačem gravitacijskom polju, a brže u slabijem. Na protok vremena utječe i brzina kojom se planet giba po svojoj orbiti. Kako bi dobili čvrsto polazište za proračune, fizičari su na Marsu definirali referentnu točku na površini, analogno nultoj nadmorskoj visini na Zemljinu ekvatoru. Zahvaljujući desetljećima podataka prikupljenih svemirskim misijama na Mars, Patla i njegov kolega Neil Ashby mogli su procijeniti površinsku gravitaciju, koja je oko pet puta slabija od Zemljine.
U račun su, međutim, morali uključiti mnogo više od same Marsove gravitacije. Sunčev sustav ispunjen je masivnim tijelima koja stalno međusobno djeluju gravitacijski. Samo Sunce čini više od 99 posto ukupne mase Sunčeva sustava, a položaj Marsa u tom gravitacijskom krajoliku ovisi o udaljenosti od Sunca i susjedstvu drugih tijela, među kojima su Zemlja, Mjesec, Jupiter i Saturn. Zbog tih utjecaja Mars se kreće po ekscentričnijoj, izduženoj putanji. Za razliku od toga, orbite Zemlje i Mjeseca relativno su stabilne, pa je vrijeme na Mjesecu ujednačeno oko 56 mikrosekundi brže od vremena na Zemlji.
“Za Mars to nije slučaj. Njegova udaljenost od Sunca i ekscentrična orbita povećavaju varijacije u protoku vremena. Problem triju tijela već je iznimno složen. Sada se treba nositi s četirima: Suncem, Zemljom, Mjesecom i Marsom”, objasnio je Patla. “Glavni proračuni bili su znatno zahtjevniji nego što sam isprva mislio.” Nakon što su u obzir uzeli gravitaciju na površini Marsa, izduženost njegove putanje i učinke Sunca, Zemlje i Mjeseca, Patla i Ashby došli su do konačne brojke: u prosjeku 477 mikrosekundi razlike na dan, uz dodatne varijacije do 226 mikrosekundi tijekom marsovske godine.
Točni satovi kao temelj budućih mreža u Sunčevu sustavu
Na prvi pogled 477 milijuntinki sekunde i ne zvuči mnogo. To je otprilike tisućiti dio vremena potrebnog za jedan treptaj oka. No upravo takve sitne razlike presudne su za suvremene komunikacijske mreže. Primjerice, mobilne mreže pete generacije (5G) zahtijevaju sinkronizaciju točniju od desetinke mikrosekunde, što pokazuje koliko se precizno vrijeme mora kontrolirati da bi sustavi pouzdano radili.
Danas komunikacija između Zemlje i Marsa kasni između četiri i 24 minute, a ponekad i dulje, ovisno o međusobnoj udaljenosti planeta. Patla je tu situaciju usporedio s razdobljem prije uvođenja telegrafa, kada su ljudi ručno pisana pisma predavali posadi broda, mjesecima čekali da brod prijeđe ocean i jednako dugo odgovore. Uspostava čvrstog okvira za mjerenje vremena između planeta prvi je korak prema mrežama koje bi bile sinkronizirane preko velikih međuplanetarnih udaljenosti.
“Ako se postigne sinkronizacija, komunikacija bi bila gotovo u stvarnom vremenu, bez gubitka informacija. Ne bi se moralo čekati da se vidi što će se dogoditi”, rekao je Patla. Takve su mreže i dalje daleko od primjene, baš kao i stalne ljudske i robotske misije na Mars u opsegu o kojem se govori u planovima, napominje Ashby. No proučavanje ovih pitanja već sada pomaže znanstvenicima da se pripreme za sve varijable koje će jednog dana morati uzeti u obzir.
“Možda će proći desetljeća prije nego što površinu Marsa gusto umreže tragovi brojnih rovera, ali već je danas važno proučavati izazove uspostave navigacijskih sustava na drugim planetima i mjesecima”, istaknuo je Ashby. “Baš kao i sadašnji globalni navigacijski sustavi poput GPS-a, i ti će sustavi ovisiti o vrlo točnim satovima, a utjecaje na brzinu njihova rada moguće je analizirati uz pomoć Einsteinove opće teorije relativnosti.
Novi test za Einsteinovu relativnost
Osim praktične vrijednosti za buduće misije, rezultati imaju i čisto znanstvenu težinu. Patla naglašava da je riječ o novoj informaciji o ponašanju satova na planetu izvan Zemlje, koja se izravno naslanja na Einsteinove teorije specijalne i opće relativnosti. “Dobro je po prvi put znati što se na Marsu događa s vremenom. Nitko to prije nije znao. Time se poboljšava razumijevanje same teorije, teorije o tome kako satovi kucaju i što znači relativnost”, rekao je.
“Protok vremena temeljni je dio teorije relativnosti: kako ga se ostvaruje, kako ga se računa i što na njega utječe. To na prvi pogled izgledaju kao jednostavne ideje, ali mogu biti vrlo složene za izračunavanje”, zaključio je Patla. Njihovi proračuni pokazuju da razlike od svega nekoliko stotina mikrosekundi na dan postaju ključne čim se čovječanstvo počne ozbiljno pripremati za mreže, navigaciju i znanost na razini čitavog Sunčeva sustava, gdje svaka sekunda doslovno teče drukčijim ritmom
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
