Отслеживание первого визита астронавтов на Марс будет не таким простым, как наблюдение за часами.
Благодаря теории относительности , время на Красной планете на самом деле течет быстрее, чем здесь, на Земле. В течение многих лет ученые задавались вопросом о точной разнице во времени между планетами, но физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) наконец-то нашли ответ.
Их расчеты, опубликованные в журнале The Astronomical Journal, не только отвечают на давний вопрос, но и помогают продвинуть будущее человечества за пределы Земли, а также улучшают наше понимание самой физики.
Всё относительно
По сути, люди на Земле воспринимают время одинаково. Один час в Омахе, штат Небраска, по сути, равен часу, проведенному в Шанхае, Китай. Но, как продемонстрировал Эйнштейн в своей теории общей относительности, линейное время напрямую связано с силой гравитации. Именно поэтому путешественники, совершившие теоретическое путешествие к черной дыре и обратно , вернулись бы домой и обнаружили, что они намного моложе своих собственных детей.
Гравитация Земли значительно слабее гравитации чёрной дыры, но физики теперь обладают достаточно чувствительными инструментами, чтобы обнаружить мельчайшие различия по всей планете. Человек, живущий на вершине Эвереста, в конечном итоге постареет быстрее, чем человек на уровне моря, даже если разница составит всего несколько микросекунд. Но эти эффекты не являются чисто гипотетическими. На высоте около 12 544 миль над Землёй спутники GPS работают на 45,7 микросекунд быстрее, чем земные часы — важная задержка, которую необходимо учитывать при обслуживании телекоммуникационных систем.
Задача четырех тел
Хотя гравитация на Марсе примерно в пять раз слабее, чем на Земле, это не единственный фактор, влияющий на течение времени на нашем космическом соседе. Необходимо также учитывать его скорость и массы близлежащих планет. И хотя марсианские сутки на 40 минут длиннее земных, его эксцентрическая орбита вокруг Солнца, составляющая 687 дней, особенно сложна для расчетов. Это особенно трудно по сравнению с измерением в значительной степени стабильных орбитальных скоростей между Землей, Луной и Солнцем — примером так называемой задачи трех тел .
«Задача трех тел чрезвычайно сложна. Теперь же мы имеем дело с четырьмя: Солнцем, Землей, Луной и Марсом. Эта сложная задача оказалась гораздо труднее, чем я предполагал изначально», — признался в своем заявлении физик из NIST и соавтор исследования Биджунат Патла .
Чтобы найти решение, Патла и физик из NIST Нил Эшби начали с выбора точки отсчета на поверхности Марса, аналогичной уровню моря на земном экваторе. Затем они учли все космические факторы, влияющие на Марс, в своих расчетах и в итоге пришли к точному ответу: время на Красной планете течет на 477 микросекунд быстрее, чем на Земле. Это примерно одна тысячная часть времени, необходимого для моргания.
Малые цифры, серьезные последствия
Хотя по большинству стандартов эти задержки ничтожно малы, они могут накапливаться. Например, для корректной работы сетей 5G необходима точность до одной десятой микросекунды. Сегодня отправка или получение сообщений от марсианского аппарата, такого как марсоход Curiosity, часто занимает более 24 минут. В будущем существующие ретрансляторы смогут значительно сократить эту задержку между миллионами километров, разделяющими астронавтов и центр управления полетами.
«Если удастся синхронизировать данные, это будет практически как связь в реальном времени без потери информации. Вам не придётся ждать, что произойдёт», — сказал Патла.
Патла признает, что до того, как люди начнут регулярно посещать Марс, вероятно, пройдут десятилетия, но это не задержит другие достижения благодаря их работе. NIST даже опубликовал план по измерению времени на Луне в прошлом году. Эти новые марсианские расчеты могут помочь улучшить зарождающуюся систему, а также разработать аналогичные методы для других планет или лун.
«Течение времени имеет фундаментальное значение для теории относительности: как его осознать, как его рассчитать и что на него влияет», — сказал Патла. «Это самое близкое, чего мы достигли к воплощению научно-фантастической идеи расширения на всю Солнечную систему».
