جریان زمان در سراسر منظومه شمسی یکنواخت نیست و تحقیقات جدید نشان میدهد که چگونه زمان در مریخ در مقایسه با زمین به شکل متفاوتی در حال وقوع است. دانشمندان با ردیابی تأثیرات گرانشی و مداری ظریف، تغییراتی را در آهنگ زمان مریخ کشف کردهاند که میتواند برای ناوبری و ارتباطات آینده در فواصل دور از خانه حیاتی باشد.
فیزیکدانان NIST (مؤسسه ملی استانداردها و فناوری) دقیقاً محاسبه کردهاند که چگونه زمان مریخ بهطور نامحسوسی تندتر و کندتر میشود و یک انحراف روزانه را آشکار کرده که با تغییر مدار این سیاره تغییر میکند.
اگر از کسی در زمین ساعت بپرسید، پاسخی دقیق دریافت خواهید کرد، عمدتاً به این دلیل که سیاره ما متکی به یک شبکه پیچیده از ساعتهای اتمی، ماهوارههای GPS و سیستمهای ارتباطی سریع است.
کار اینشتین نشان داد که زمان در سراسر جهان بهطور یکنواخت نمیگذرد. سرعتی که یک ساعت با آن تیک میزند، با قدرت گرانش محلی تغییر میکند، که تلاشها برای همگام نگه داشتن ساعتها روی زمین را پیچیده میکند و هماهنگی در سراسر منظومه شمسی را حتی چالشبرانگیزتر میسازد. برای هرگونه فعالیت طولانیمدت انسانی در مریخ، محققان ابتدا به یک پاسخ قابل اعتماد برای یک سؤال اساسی نیاز دارند: ساعت در سیاره سرخ چند است؟
فیزیکدانان در NIST اکنون اولین محاسبه دقیق را ارائه کردهاند. آنها تعیین کردند که یک ساعت در مریخ هر روز 477 میکروثانیه (میلیونیوم ثانیه) سریعتر از یک ساعت در زمین کار خواهد کرد. این تفاوت ثابت نیست، زیرا مدار کشیده مریخ و کشش گرانشی سیارات مجاور میتواند این اختلاف روزانه را تا 226 میکروثانیه در طول یک سال مریخی تنظیم کند. این نتایج در The Astronomical Journal منتشر شده و بر اساس مطالعهای در سال 2024 است که در آن محققان NIST روشی برای زمانسنجی دقیق روی ماه پیشنهاد کردند.
بیجونات پاتلا، فیزیکدان NIST، توضیح داد که درک نحوه پیشروی زمان در مریخ، بنیادی اساسی را برای مأموریتهای آینده فراهم میکند. در حالیکه ناسا در حال آمادهسازی برای سفرهای آتی به مریخ است، داشتن دانش دقیق از زمان مریخ برای هماهنگی ناوبری و ارتباطات در سراسر منظومه شمسی حیاتی خواهد بود.
پاتلا گفت:
زمان برای ماه و مریخ مناسب است. این نزدیکترین نقطهای است که ما به تحقق دیدگاه علمی تخیلی گسترش در سراسر منظومه شمسی رسیدهایم.
منطقه زمانی مریخ
روزها و سالهای مریخ طولانیتر از روزها و سالهای زمین هستند. روز سیاره، یا یک چرخش کامل حول محور خود، 40 دقیقه طولانیتر از زمین است و 687 روز طول میکشد تا مدار خود به دور خورشید را کامل کند، در مقایسه با 365 روز زمین. اما دانشمندان نیاز داشتند بدانند که هر ثانیه در مریخ در مقایسه با زمین چقدر سریع یا کند میگذرد.
اگر قرار بود با یک ساعت اتمی روی سطح مریخ فرود بیایید، باز هم همانطور که روی زمین تیک میزد، کار میکرد. اما اگر ساعت مریخ را با ساعتی روی زمین مقایسه کنید، ناهماهنگ خواهند بود. چالش این است که تعیین کنیم زمان مریخ چقدر از زمان زمین انحراف دارد، تقریباً مانند محاسبه تفاوت منطقه زمانی.
این کار بسیار دشوارتر از چیزی بود که فیزیکدانان NIST انتظار داشتند. نظریه نسبیت اینشتین بیان میکند که قدرت گرانش بر گذر زمان تأثیر میگذارد. ساعتها در جاییکه گرانش قویتر است، کندتر و در جایی که گرانش ضعیفتر است، تندتر تیک میزنند. سرعت مدار یک سیاره نیز باعث میشود ساعتها کندتر یا سریعتر تیک بزنند.
NIST نقطهای را روی سطح مریخ به عنوان مرجع انتخاب کرد، چیزی شبیه به سطح دریا در استوا روی زمین. به لطف سالها داده جمعآوریشده از مأموریتهای مریخ، پاتلا و نیل اشبی، دیگر فیزیکدان NIST، توانستند گرانش روی سطح سیاره را تخمین بزنند، که پنج برابر ضعیفتر از زمین است.
اما آنها باید چیزی فراتر از گرانش مریخ را در نظر میگرفتند. منظومه شمسی ما دارای اجرام بزرگ دیگری است که یکدیگر را میکشند. تنها خورشید بیش از 99% از جرم منظومه شمسی ما را تشکیل میدهد. موقعیت مریخ در منظومه شمسی – فاصله آن از خورشید، همسایگانش مانند زمین، ماه، مشتری و زحل – آن را به یک مدار غیرعادیتر و کشیدهتر میکشاند. مدار زمین و ماه نسبتاً ثابت است؛ زمان روی ماه به طور مداوم 56 میکروثانیه سریعتر از زمان روی زمین است.
پاتلا توضیح داد:
اما برای مریخ، اینطور نیست. فاصله آن از خورشید و مدار غیرعادیاش، تغییرات زمانی را بزرگتر میکند. یک مسئله سهجسمی فوقالعاده پیچیده است. اکنون ما با چهار جسم سروکار داریم: خورشید، زمین، ماه و مریخ.
او افزود:
این کار سنگین بسیار چالشبرانگیزتر از چیزی بود که در ابتدا فکر میکردم.
پاتلا و اشبی پس از در نظر گرفتن تمام این تأثیرات – گرانش سطح مریخ، مدار غیرعادی مریخ، تأثیر خورشید، زمین و ماه بر مریخ – به پاسخ خود رسیدند.
هموار کردن راه برای اینترنت منظومه شمسی
شاید 477 میلیونیوم ثانیه زیاد به نظر نرسد – تقریباً یک هزارم زمانی است که طول میکشد تا پلک بزنید. اما در نظر گرفتن تفاوتهای زمانی کوچک، کلید توسعه شبکههای ارتباطی است. برای مثال، شبکههای 5G باید تا یک دهم میکروثانیه دقیق باشند!
در حال حاضر، ارتباطات بین زمین و مریخ هر بار بین چهار تا 24 دقیقه (گاهی بیشتر) تأخیر دارند. پاتلا توضیح داد که این تقریباً مانند ارتباطات قبل از تلگراف است: مردم نامههای دستنویس را به کشتی تحویل میدادند، کشتی از اقیانوس عبور میکرد و سپس هفتهها یا ماهها منتظر میماندند تا کشتی دیگری پاسخ را تحویل دهد.
داشتن یک چارچوب برای زمانبندی بین سیارات، راه را برای ایجاد شبکههای همگام در فواصل بسیار زیاد هموار میکند.
پاتلا گفت:
اگر همگامسازی داشته باشید، تقریباً مانند ارتباطات بلادرنگ و بدون هیچ گونه از دست دادن اطلاعات خواهد بود. لازم نیست منتظر بمانید تا ببینید چه اتفاقی میافتد.
اشبی خاطرنشان کرد که این شبکهها تا واقعیت فاصله زیادی دارند؛ همانطور که مأموریتهای طولانیمدت انسانی و رباتیک مریخ نیز همینطور هستند. مطالعه این مسائل به دانشمندان کمک میکند تا برای تمام متغیرهایی که با آنها روبرو خواهند شد، آماده شوند.
اشبی گفت:
ممکن است دهها سال طول بکشد تا سطح مریخ توسط مسیرهای مریخنوردهای سرگردان پوشیده شود، اما اکنون مطالعه مسائل مربوط به ایجاد سیستمهای ناوبری در سیارات و ماههای دیگر مفید است.
وی افزود:
مانند سیستمهای ناوبری جهانی کنونی مثل GPS، این سیستمها به ساعتهای دقیق وابسته خواهند بود و تأثیرات بر نرخ ساعتها را میتوان با کمک نظریه نسبیت عام اینشتین تجزیه و تحلیل کرد.
پاتلا اضافه کرد که این دانش ارزش علمی نیز دارد. درک نحوه تیک زدن ساعتها در سیارات دوردست، اطلاعات جدیدی است و بر نظریههای نسبیت خاص و عام اینشتین میافزاید.
او گفت:
خوب است که برای اولین بار بدانیم از نظر زمانی چه اتفاقی در مریخ میافتد. هیچ کس قبلاً این را نمیدانست. این دانش ما را از خود نظریه، نظریه نحوه تیک زدن ساعتها و نسبیت، بهبود میبخشد.
وی ادامه داد:
گذر زمان برای نظریه نسبیت اساسی است: چگونه آن را درک میکنید، چگونه آن را محاسبه میکنید، و چه چیزی بر آن تأثیر میگذارد. اینها ممکن است مفاهیم سادهای به نظر برسند، اما محاسبه آنها میتواند بسیار پیچیده باشد.
منبع: Scitechdaily
