Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Боулдере, штат Колорадо, определили, что время на Марсе течет быстрее, чем на Земле. Согласно данным, опубликованным 1 декабря в журнале The Astronomical Journal, марсианские часы опережают земные на 0,477 миллисекунды (477 микросекунд) каждые 24 часа. Это открытие, сделанное физиками Нилом Эшби и Биджунатом Патлой, имеет критическое значение для синхронизации будущих систем связи и навигации в рамках освоения космоса.
В основе этого феномена лежит общая теория относительности Альберта Эйнштейна, согласно которой течение времени зависит от гравитации и скорости движения объекта. Гравитация замедляет время: чем ближе объект к массивному телу, тем медленнее идут часы. Скорость, напротив, замедляет время для движущегося объекта относительно наблюдателя. Марс движется по орбите медленнее Земли, что должно было бы замедлять его часы, однако гравитационный фактор оказался решающим. Гравитация Красной планеты значительно слабее земной, что приводит к результирующему ускорению хода времени.
Для проведения точных расчетов ученые использовали понятие «ареоид» — марсианский эквивалент уровня моря на Земле. Гравитационное притяжение на уровне ареоида примерно в пять раз слабее, чем на уровне моря на нашей планете. Именно эта разница в гравитационном потенциале перевешивает эффект от более медленной орбитальной скорости Марса, заставляя хронометры на поверхности планеты убегать вперед относительно земных эталонов.
Выявленное смещение времени не является постоянной величиной и подвержено колебаниям. В течение одного марсианского года разница во времени варьируется на 226 микросекунд. Кроме того, существует дополнительное изменение на 40 микросекунд, происходящее на протяжении семи синодических периодов Марса. Эти флуктуации обусловлены эксцентричностью орбиты планеты (ее яйцевидной формой) и гравитационным влиянием Солнца и других небесных тел.
При моделировании физики учитывали множество факторов, включая гравитационную карту, полученную миссией NASA Mars Global Surveyor (MGS), а также влияние Юпитера и даже Земли. Однако некоторые параметры были исключены как несущественные. Например, спутники Марса — Деймос и Фобос — имеют ширину всего в несколько миль, поэтому их гравитационное воздействие было признано ничтожным. Также в расчетах пренебрегли прецессией орбиты и квадрупольными моментами распределения масс.
Для сравнения исследователи приводят данные о Луне. Согласно исследованию 2024 года, часы на спутнике Земли идут на 56 микросекунд быстрее земных ежесуточно. Диаметр Луны составляет 2159 миль (3475 километров), что создает иные гравитационные условия по сравнению с Марсом. Подобные вычисления становятся стандартом для подготовки будущих миссий, так как Белый дом уже инициировал создание отдельной временной зоны для Луны.
Несмотря на высокую точность проведенной работы, существуют технические ограничения. Текущая погрешность расчетов составляет около 100 наносекунд (0,1 микросекунды) в день при длительных периодах наблюдения. Из-за накопления этой ошибки марсианские часы потребуют регулярной корректировки и перезагрузки каждые 100 дней, чтобы поддерживать синхронизацию с земным центром управления.
Полученные результаты станут фундаментом для реализации программы NASA Artemis, целью которой является создание постоянных поселений на Луне и в дальнейшем на Марсе. Точная хронометрия необходима для создания «межпланетного интернета», обеспечения быстрой связи и навигации астронавтов в конкретных космических локациях. Кроме того, данное исследование послужит базой для будущих тестов общей теории относительности и изучения природы пространства-времени.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе этого феномена лежит общая теория относительности Альберта Эйнштейна, согласно которой течение времени зависит от гравитации и скорости движения объекта. Гравитация замедляет время: чем ближе объект к массивному телу, тем медленнее идут часы. Скорость, напротив, замедляет время для движущегося объекта относительно наблюдателя. Марс движется по орбите медленнее Земли, что должно было бы замедлять его часы, однако гравитационный фактор оказался решающим. Гравитация Красной планеты значительно слабее земной, что приводит к результирующему ускорению хода времени.
Для проведения точных расчетов ученые использовали понятие «ареоид» — марсианский эквивалент уровня моря на Земле. Гравитационное притяжение на уровне ареоида примерно в пять раз слабее, чем на уровне моря на нашей планете. Именно эта разница в гравитационном потенциале перевешивает эффект от более медленной орбитальной скорости Марса, заставляя хронометры на поверхности планеты убегать вперед относительно земных эталонов.
Выявленное смещение времени не является постоянной величиной и подвержено колебаниям. В течение одного марсианского года разница во времени варьируется на 226 микросекунд. Кроме того, существует дополнительное изменение на 40 микросекунд, происходящее на протяжении семи синодических периодов Марса. Эти флуктуации обусловлены эксцентричностью орбиты планеты (ее яйцевидной формой) и гравитационным влиянием Солнца и других небесных тел.
При моделировании физики учитывали множество факторов, включая гравитационную карту, полученную миссией NASA Mars Global Surveyor (MGS), а также влияние Юпитера и даже Земли. Однако некоторые параметры были исключены как несущественные. Например, спутники Марса — Деймос и Фобос — имеют ширину всего в несколько миль, поэтому их гравитационное воздействие было признано ничтожным. Также в расчетах пренебрегли прецессией орбиты и квадрупольными моментами распределения масс.
Для сравнения исследователи приводят данные о Луне. Согласно исследованию 2024 года, часы на спутнике Земли идут на 56 микросекунд быстрее земных ежесуточно. Диаметр Луны составляет 2159 миль (3475 километров), что создает иные гравитационные условия по сравнению с Марсом. Подобные вычисления становятся стандартом для подготовки будущих миссий, так как Белый дом уже инициировал создание отдельной временной зоны для Луны.
Несмотря на высокую точность проведенной работы, существуют технические ограничения. Текущая погрешность расчетов составляет около 100 наносекунд (0,1 микросекунды) в день при длительных периодах наблюдения. Из-за накопления этой ошибки марсианские часы потребуют регулярной корректировки и перезагрузки каждые 100 дней, чтобы поддерживать синхронизацию с земным центром управления.
Полученные результаты станут фундаментом для реализации программы NASA Artemis, целью которой является создание постоянных поселений на Луне и в дальнейшем на Марсе. Точная хронометрия необходима для создания «межпланетного интернета», обеспечения быстрой связи и навигации астронавтов в конкретных космических локациях. Кроме того, данное исследование послужит базой для будущих тестов общей теории относительности и изучения природы пространства-времени.
