هر حرکت روی زمین وابسته به ثانیههایی دقیق و پایدار است که با دقتی شگفتانگیز اندازهگیری میشوند. ساعتهای ما با ریتمهای اتمی و سیگنالهای ماهوارهای همگام میشوند. با این حال، این هماهنگی در خارج از میدان گرانشی زمین کمرنگ میشود.
تاثیر گرانش و حرکت بر زمان در مریخ
زمان در فضا خمیده میشود و ساعتها در آسمانهای دوردست سرعت متفاوتی پیدا میکنند. مریخ اکنون در کانون توجه قرار گرفته است، زیرا تیمها برای سفرهای طولانی آماده میشوند. علم زمان مریخی روزبهروز اهمیت بیشتری پیدا میکند.
فیزیکدانان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده دیدگاههای تازهای ارائه کردهاند. این متخصصان گزارش میدهند که مریخ هر روز چند صد میکروثانیه نسبت به زمین جلو میافتد. این اختلاف با شکل مدار مریخ و تأثیرات سیارات مجاور کم یا زیاد میشود.
ریتم متغیر مریخ
مطالعات جدید نشان میدهد که میدانهای گرانشی، اثرات جزر و مد، و حرکت مداری باعث ایجاد ریتم متغیر مریخ میشوند. درک این ریتم نه تنها از نظر علمی مهم است، بلکه برای ماموریتهای آینده نیز حیاتی خواهد بود و ایدههای اینشتین درباره نسبیت را عمیقتر میکند.
ساعتهای مریخ روزانه جلو میروند
ساعتهای روی مریخ بهطور متوسط هر روز ۴۷۷ میکروثانیه جلوتر از زمین حرکت میکنند. در طول یک سال مریخی، این تغییر حدود ۲۲۶ میکروثانیه است. تغییرات ظریف دیگری نیز وجود دارد که در طول هفت چرخه سینودیک حدود ۴۰ میکروثانیه نوسان دارند.
این چرخهها به این دلیل ایجاد میشوند که مدارهای مریخ و زمین الگوهای سادهای ندارند. فاصله سیارهای، گرانش خورشید، و بیضوی بودن مدار باعث تغییر مداوم زمان مریخی میشوند.
بیجوناث پاتلا، نویسنده اصلی مطالعه، با خوشبینی گفت: «زمان برای ماه و مریخ کاملاً مناسب است. این نزدیکترین موقعیتی است که به تحقق دیدگاه علمی-تخیلی گسترش در منظومه شمسی رسیدهایم.»
تأثیر گرانش بر ساعتها
نسبیت عام نشان میدهد که ساعتها چگونه به گرانش و حرکت واکنش نشان میدهند. گرانش قوی هر ثانیه را کند میکند، در حالی که گرانش ضعیف اجازه پیشروی سریعتر را میدهد. مریخ نسبت به زمین دورتر از خورشید قرار دارد.
گرانش خورشید با فاصله کاهش مییابد، بنابراین ساعتهای مریخ سرعت بیشتری دارند. گرانش سطحی مریخ نیز حدود یکپنجم زمین است که سرعت ساعتهای مریخی را افزایش میدهد.
بیضوی بودن مدار نیز بر زمان تأثیر میگذارد. مریخ در مسیر بیضی شکل حرکت میکند، برخلاف زمین که مسیر تقریباً دایرهای دارد. ساعتها هنگام نزدیکتر یا دورتر شدن مریخ از خورشید تغییر میکنند.
محاسبات رسمی شامل پتانسیل گرانشی، حرکت چرخشی، و اصلاحات کوچک ناشی از تعاملات سیارهای میشوند. نظریه بر اساس آرئید مریخ است که سطحی هیدرواستاتیک را تقریبا شبیهسازی میکند، جایی که یک ساعت ایدهآل نرخ ثابتی دارد.
یک ثابت به نام LM این نرخ را توصیف میکند و مشابه ثابت LG برای زمین است. LM پایهای برای تعریف زمان مختصات مریخی و مقایسه با مقیاسهای زمانی زمینی فراهم میکند.
تأثیر خورشید بر زمان
چالش دیگری از تأثیر خورشید بر سیستم زمین-ماه ناشی میشود. گرانش خورشید به دلیل فاصله بین زمین و ماه، نیروهای جزر و مد ایجاد میکند. این نیروها حرکت زمین و ماه را تغییر داده و موقعیت و سرعت آنها را در الگوهای ظریف تغییر میدهند.
مدلهای بهروز شده با تأثیر جزر و مد خورشیدی، خطاهای زمانبندی زمین-ماه را تقریباً دو مرتبه کاهش میدهند. این جزر و مد همچنین بر مقایسه زمین و مریخ تأثیر دارد. مدلهای اصلاحشده خطاهایی نزدیک به ۱۰۰ نانوثانیه در روز در طولانیمدت نشان میدهند.
این دقت با گسترش ماموریتها اهمیت بیشتری پیدا میکند. زمانبندی دقیق، ناوبری، ارتباطات و پیگیری علمی در میلیونها مایل را ممکن میسازد.
استانداردسازی زمان برای مریخ
زمانبندی شکلدهنده هر نوع ارتباطی است. حتی انحرافات کوچک میتوانند شبکهها را فلج کنند. فاصله بین زمین و مریخ نیز باعث تأخیر طولانی میشود. پاتلا آن را با سفرهای دریایی اولیه مقایسه کرد.
پیامها با کشتی منتقل میشدند و پاسخها کند بودند. هماهنگی دقیق برای خدمه فضایی نیازمند یک استاندارد زمانی مشترک است.
پاتلا گفت: «اگر هماهنگی برقرار شود، تقریباً مانند ارتباط در زمان واقعی خواهد بود بدون از دست رفتن اطلاعات.»
یک استاندارد زمان پایدار مریخی همچنین شبکههای بینسیارهای را هدایت خواهد کرد. این شبکهها میتوانند روزی مدارگردها، فرودگرها، سکونتگاهها و زمین را با تبادل اطلاعات تقریباً بیوقفه متصل کنند.
آمادگی برای زمانبندی آینده
مریخ یک آزمایشگاه برای سیستمهای جدید زمان است. ماموریتهای سرنشیندار نیازمند ناوبری مبتنی بر ساعتهای دقیق هستند. ستارهشناسان نظریهها را بهبود میدهند.
ایدههای اینشتین درباره زمان صحیح در شرایط گرانش متغیر، حرکت بیضوی و تعامل چندبدنه آزمایش میشوند. نیل اشبی، نویسنده مشترک مطالعه، گفت: «ممکن است دههها طول بکشد تا سطح مریخ با مسیرهای خودروهای روباتیک پوشانده شود.»
کارهای فعلی برای آن آینده آماده میشوند و هر قدم وضوح زمانبندی بینسیارهای را افزایش میدهد. پاتلا ارزش علمی این کار را چنین بیان کرد: «خوب است برای اولین بار بدانیم زمان در مریخ چگونه جریان دارد.»
محاسبات جدید نشان میدهند که زمان در جهان دیگری چگونه جریان دارد. این دانش برنامهریزی سفر انسانی و درک نسبیت را عمیقتر میکند. مریخ اکنون آزمایشگاهی برای مطالعه زمان در فضا است و کاوشگران آینده بر اساس ثانیههایی زندگی خواهند کرد که توسط گرانش دور از خانه شکل میگیرند. ساعتهای ما مسیر را هدایت خواهند کرد.
این مطالعه در مجله The Astronomical Journal منتشر شده است.
