این تصویر از دوربین مدارگرد مریخ نقشه بردار جهانی مریخ، منطقه Ares Vallis و Chryse Plains را نشان می دهد، جایی که هر دو ماموریت اولیه مریخ، Mars Pathfinder و Viking 1، به ترتیب در سال 1997 و 1976 فرود آمدند. همانطور که دانشمندان برای ماموریتهای آینده مریخ برنامهریزی میکنند، باید بدانند که چگونه زمان در مریخ میگذرد تا ارتباطات را با مریخ نوردهای روی سیاره سرخ بهتر هماهنگ کنند.
اعتبار: NASA/JPL/MSSS
به لطف سیستم زمانسنجی پیچیده سیاره ما که با ساعتهای اتمی، ماهوارههای جیپیاس و شبکههای مخابراتی پرسرعت ساخته شده است، زمان را از کسی در زمین بپرسید تا پاسخ دقیقی به شما بدهد.
با این حال، انیشتین به ما نشان داد که ساعتها در سراسر جهان با یک سرعت تیک تیک نمیزنند. ساعتها بسته به قدرت گرانش در محیطشان کمی سریعتر یا کندتر کار میکنند و همگامسازی ساعتهای ما در زمین را دشوار میکند، چه رسد به منظومه شمسی وسیع. اگر انسان ها بخواهند در سیاره سرخ حضوری طولانی مدت داشته باشند، دانشمندان باید بدانند: ساعت چند در مریخ است؟
فیزیکدانان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) برای اولین بار پاسخ دقیقی را محاسبه کردند. به طور متوسط، ساعت های مریخ 477 میکروثانیه (میلیونم ثانیه) سریعتر از زمین در روز تیک می زند. با این حال، مدار خارج از مرکز مریخ و گرانش همسایگان آسمانی آن می تواند این مقدار را تا 226 میکروثانیه در روز در طول سال مریخی افزایش یا کاهش دهد. این یافته ها، به تازگی منتشر شده است مجله نجومی، مقاله ای در سال 2024 را دنبال کنید که در آن فیزیکدانان NIST برنامه ای برای آن تهیه کردند زمان سنجی دقیق در ماه.
بیجونات پاتلا، فیزیکدان NIST، گفت که دانستن اینکه ساعتها در مریخ چگونه تیک میزنند، پلهای برای ماموریتهای فضایی آینده است. همانطور که ناسا برنامه ریزی می کند ماموریت های اکتشافی مریخدرک زمان در همسایه سیارهای ما به همگامسازی ناوبری و ارتباطات در سراسر منظومه شمسی کمک میکند.
پاتلا گفت: «زمان مناسب برای ماه و مریخ است. این نزدیکترین چیزی است که ما به تحقق دیدگاه علمی تخیلی گسترش در سراسر منظومه شمسی داشته ایم.
منطقه زمانی مریخ
روزها و سال های مریخ طولانی تر از روزهای روی زمین است. روز سیاره یا چرخش کامل حول محورش 40 دقیقه بیشتر از زمین است و 687 روز طول می کشد تا مدار آن به دور خورشید کامل شود در حالی که زمین 365 روز است. اما دانشمندان باید بدانند که سرعت یا کندی هر ثانیه در مریخ در مقایسه با زمین چقدر است.
اگر قرار بود با یک ساعت اتمی روی سطح مریخ فرود بیایید، باز هم مثل زمین تیک میخورد. اما اگر ساعت مریخ را با ساعت روی زمین مقایسه کنید، هماهنگ نیستند. چالش این است که تعیین کنیم زمان مریخ چقدر از زمان زمین جبران می شود، تقریباً مانند محاسبه اختلاف منطقه زمانی.
این بسیار پیچیده تر از آن چیزی بود که فیزیکدانان NIST انتظار داشتند. نظریه نسبیت انیشتین بیان می کند که قدرت گرانش بر گذر زمان تأثیر می گذارد. در جاهایی که گرانش قویتر است، ساعتها کندتر و در جاهایی که گرانش ضعیفتر است، سریعتر میچرخند. سرعت چرخش یک سیاره نیز باعث می شود که ساعت ها کندتر یا سریعتر تیک تیک بزنند.
NIST نقطه ای را در سطح مریخ انتخاب کرد تا به عنوان مرجع عمل کند، چیزی شبیه به سطح دریا در استوای زمین. به لطف سالها دادههای جمعآوریشده از مأموریتهای مریخ، پاتلا و نیل اشبی، فیزیکدان NIST، توانستند گرانش سطح این سیاره را که پنج برابر ضعیفتر از زمین است، تخمین بزنند.
اما آنها نیاز داشتند چیزی بیش از گرانش مریخ را کشف کنند. منظومه شمسی ما دارای اجرام پرجرم دیگری است که یکدیگر را می کشند. خورشید به تنهایی بیش از 99 درصد جرم منظومه شمسی را تشکیل می دهد. موقعیت مریخ در منظومه شمسی – فاصله آن از خورشید، همسایگانش مانند زمین، ماه، مشتری و زحل – آن را به مداری غیرعادی تر و کشیده تر می کشاند. مدار زمین و ماه نسبتا 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 خارج از مرکز آن، تغییرات زمان را بزرگتر می کند. مشکل سه جسم بسیار پیچیده است. اکنون ما با چهار مورد روبرو هستیم: خورشید، زمین، ماه و مریخ.” “بلندکردن سنگین از آنچه در ابتدا فکر می کردم چالش برانگیزتر بود.”
پس از در نظر گرفتن همه این اثرات – گرانش سطح مریخ، مدار خارج از مرکز مریخ، تأثیر خورشید، زمین و ماه بر مریخ – پاتلا و اشبی به پاسخ خود رسیدند.
هموار کردن راه برای اینترنت منظومه شمسی
شاید 477 میلیونم ثانیه زیاد به نظر نرسد – این حدود یک هزارم زمانی است که برای پلک زدن نیاز است. اما در نظر گرفتن تفاوتهای زمانی کوچک، کلید توسعه شبکههای ارتباطی است. به عنوان مثال، شبکه های 5G باید در عرض یک دهم میکروثانیه دقت داشته باشند.
در حال حاضر، ارتباطات بین زمین و مریخ بین چهار تا 24 دقیقه (گاهی اوقات بیشتر) به تاخیر افتاده است. پاتلا توضیح داد که تقریباً مانند ارتباطات قبل از تلگرام است: مردم نامههای دستنویسی را به کشتی تحویل میدادند که از اقیانوس عبور میکرد و سپس هفتهها یا ماهها منتظر بودند تا کشتی دیگری پاسخ را بدهد.
داشتن چارچوبی برای زمانبندی بین سیارات، راه را برای ایجاد شبکههای هماهنگ در فواصل وسیع هموار میکند.
“زمان مناسب برای ماه و مریخ است. این نزدیکترین زمانی است که ما به تحقق دیدگاه علمی تخیلی گسترش در سراسر منظومه شمسی بوده ایم.” – بیجونات پاتلا، فیزیکدان NIST
پاتلا گفت: “اگر همگام سازی را دریافت کنید، تقریباً مانند ارتباطات بلادرنگ بدون از دست دادن اطلاعات خواهد بود. لازم نیست منتظر بمانید تا ببینید چه اتفاقی می افتد.”
این شبکه ها با واقعیت فاصله زیادی دارند. اشبی خاطرنشان کرد که ماموریت های طولانی مدت انسانی و رباتیک مریخ نیز همینطور است. مطالعه این مسائل به دانشمندان کمک می کند تا برای همه متغیرهایی که با آن مواجه می شوند آماده شوند.
اشبی گفت: «ممکن است چندین دهه طول بکشد تا سطح مریخ توسط ردپای مریخ نوردهای سرگردان پوشانده شود، اما اکنون مطالعه مسائل مربوط به استقرار سیستم های ناوبری در سیارات و قمرهای دیگر مفید است. مانند سیستمهای ناوبری جهانی فعلی مانند GPS، این سیستمها به ساعتهای دقیق بستگی دارند و اثرات آن بر نرخ ساعت را میتوان با کمک نظریه نسبیت عام اینشتین تحلیل کرد.
پاتلا افزود: این دانش ارزش علمی نیز دارد. درک چگونگی تیک تاک ساعت در سیارات دوردست اطلاعات جدیدی است و بر اساس نظریه نسبیت خاص و عام اینشتین است.
او گفت: “خوب است که برای اولین بار بدانیم از نظر زمانی در مریخ چه اتفاقی می افتد. هیچ کس قبلاً این را نمی دانست. این دانش ما را از خود تئوری، تئوری نحوه تیک تاک ساعت و نسبیت بهبود می بخشد.” “گذر زمان برای نظریه نسبیت اساسی است: چگونه آن را درک می کنید، چگونه آن را محاسبه می کنید، و چه چیزی بر آن تاثیر می گذارد. اینها ممکن است مفاهیم ساده ای به نظر برسند، اما محاسبه آنها می تواند بسیار پیچیده باشد.”
مقاله: نیل اشبی و بیجونات آر. پاتلا. مطالعه مقایسه ای زمان در مریخ با ساعت های قمری و زمینی. مجله نجومی. منتشر شده آنلاین در 1 دسامبر 2025. DOI: 10.3847/1538-3881/ae0c16
Source link