مشکل غیرمنتظره برای ماموریتهای مریخی آینده؛ «زمان» روی مریخ سریعتر میگذرد
بر اساس یک پژوهش جدید، ساعتها در مریخ در هر شبانهروز زمینی حدود ۴۷۷ میکروثانیه سریعتر از زمین کار میکنند. این اختلاف حتی از اختلاف زمانی میان زمین و ماه هم بیشتر است و میتواند برای مأموریتهای سرنشیندار آینده مشکلساز شود.
فرادید| دانشمندان دریافتهاند که زمان در سیاره سرخ کمی سریعتر از زمین میگذرد. طبق این مطالعه، اگر زمان مریخ را از روی زمین اندازهگیری کنیم، ساعتهای مریخی در هر ۲۴ ساعت بهطور میانگین ۰٫۴۷۷ میلیثانیه (یا ۴۷۷ میکروثانیه) جلوتر میافتند.
به گزارش فرادید؛ در دهههای آینده، حضور انسان در منظومه شمسی افزایش خواهد یافت. مأموریتهایی مانند برنامه آرتمیس ناسا قرار است راه را برای سکونت دائمی در ماه و فراتر از آن هموار کنند. داشتن یک ساعت استاندارد برای هر جرم آسمانی به فضانوردان کمک میکند بهتر مسیریابی کنند و ارتباطات خود را با زمین هماهنگ نگه دارند.
اما یک مشکل اساسی وجود دارد: زمان در همهجا با یک سرعت نمیگذرد. نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین نشان میدهد که سرعت گذر زمان به قدرت گرانش بستگی دارد. هرچه گرانش قویتر باشد، ساعتها کندتر کار میکنند. به همین دلیل، افرادی که روی کوههای بلند زندگی میکنند، به میزان اندکی سریعتر از کسانی که در سطح دریا هستند پیر میشوند، چون گرانش در ارتفاع کمتر است.
علاوه بر این، سرعت حرکت یک سیاره به دور ستارهاش هم بر زمان اثر میگذارد؛ هرچه سرعت مداری بیشتر باشد، زمان سریعتر میگذرد.
ترکیب گرانش و سرعت باعث میشود زمان روی اجرام مختلف منظومه شمسی، وقتی از زمین اندازهگیری میشود، با سرعتهای متفاوتی بگذرد. یک مطالعه در سال ۲۰۲۴ نشان داد که ساعتهای روی ماه بهطور میانگین ۵۶ میکروثانیه سریعتر از ساعتهای زمینی کار میکنند. پس از این نتیجه، پژوهشگران این مطالعه جدید توجه خود را به مریخ معطوف کردند.
نقشۀ گرانشی مریخ که تفاوت میزان گرانش در نقاط مختلف سیاره را نشان میدهد
ابتدا آنها یک سطح مرجع روی مریخ انتخاب کردند؛ چیزی شبیه به «سطح دریا» در روی کره زمین که «آرئوئید» نام دارد. سپس با استفاده از فرمولهای فیزیکی محاسبه کردند که گرانش و سرعت مریخ، در مقایسه با زمین، چگونه بر زمان اثر میگذارد. هرچند سرعت مداری کمتر مریخ نسبت به زمین باعث کندتر شدن ساعتها میشود، اما گرانش بسیار ضعیفتر مریخ (که در سطح آرئوئید حدود پنج برابر کمتر از گرانش زمین در سطح دریاست) اثر قویتری دارد و باعث میشود ساعتها سریعتر کار کنند.
البته این محاسبات در ابتدا شکل مدارها را در نظر نگرفته بود. مدار مریخ از مدار زمین بیضیتر و شبیه تخممرغ است و تحت تأثیر کشش گرانشی زمین و ماه آن قرار دارد. دو قمر کوچک مریخ، فوبوس و دیموس، تأثیر ناچیزی دارند. بنابراین پژوهشگران شکل مدار مریخ، گرانش خورشید و گرانش ماه زمین را هم وارد محاسبات کردند.
نتیجه این تحلیل نشان داد که ساعتهای مریخی، وقتی از زمین اندازهگیری میشوند، بهطور میانگین در هر روز زمینی ۴۷۷ میکروثانیه سریعتر از ساعتهای زمینی میتپند. جالب اینجاست که این مقدار در طول یک سال مریخی روزبهروز تغییر میکند و دامنه این تغییر به ۲۲۶ میکروثانیه میرسد؛ یعنی تقریباً نصف مقدار اختلاف اصلی. این نوسان به شکل بیضی مدار مریخ و تغییر کششهای گرانشی اجرام نزدیک و دورش مربوط است.
همچنین مشخص شد که در طول هفت «دوره همزمانی» مریخ، ساعتها حدود ۴۰ میکروثانیه دیگر هم تغییر میکنند. دوره همزمانی یعنی مدت زمانی که طول میکشد تا سیاره دوباره در همان جای قبلی خود در آسمان دیده شود.
یکی از پژوهشگران گفت این نوسانها و «رقص مداری» زمین و مریخ برایشان غیرمنتظره بوده، چون اندازه آنها بیشتر از حد انتظار بوده است.
این یافتهها که در اول دسامبر در نشریه Astronomical Journal منتشر شدهاند، به دانشمندان کمک میکنند زمان را در سراسر منظومه شمسی هماهنگ کنند و در آینده شبکههای ارتباطی سریع میان سیارهای بسازند. با این حال، همین نوسانهای بزرگ کار را پیچیدهتر میکند. این پژوهش همچنین یک مبنای اولیه برای آزمایشهای آینده درباره نسبیت عام و فیزیک بنیادی فراهم میکند؛ آزمایشهایی که به ماهیت فضا-زمان میپردازند.
با این حال، این محاسبات در مقیاسهای زمانی بلندمدت هنوز حدود ۱۰۰ نانوثانیه (۰٫۱ میکروثانیه) در روز خطا دارند، چون تغییرات بسیار کوچک در حرکت سیارهها در نظر گرفته نشده است. هرچند این خطا بسیار ناچیز است، اما در عمل به این معناست که باید هر ۱۰۰ روز یکبار ساعتهای مریخی دوباره تنظیم شوند.
همچنین این مطالعه عواملی مانند نوسان آهسته مدار سیارهها و اثرات توزیع جرم در ساختار درونی زمین و مریخ را لحاظ نکرده است. پژوهشگران میگویند مجموعه این محدودیتها میتواند رسیدن به محاسبات زمانی دقیقتر را دشوارتر کند.
