زمان در مریخ واقعاً بهطور قابلتوجهی سریعتر از زمین سپری میشود و ما حالا به دلایل این پدیده پی بردهایم
گذشت زمان در سیاره مریخ دارای ویژگیهای خاصی نسبت به زمین است؛ بهگونهای که در صورت راهاندازی یک سیستم ارتباطی و ناوبری میان این دو کره آسمانی، عدم توجه به این تفاوت میتواند عواقب جدی بهدنبال داشته باشد. بر اساس محاسبات انجامشده توسط پژوهشگران، ساعتها در مریخ هر روز بهطور میانگین ۴۷۷ میکروثانیه از ساعتهای زمین جلوتر هستند. هرچند این اختلاف بهظاهر بسیار جزئی است، اما تنها ریشه آن به نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین برمیگردد.
نظریه نسبیت عام اشاره میکند که زمان در تمامی نقاط عالم به یک شکل تجربی نمیگذرد. عواملی چون سرعت حرکت و شدت میدان گرانشی تأثیرگذار بر عملکرد ساعتها هستند. به این پدیده «اتساع زمان» اطلاق میشود، که به معنای کشش یا فشردگی زمان بسته به شرایط متفاوت است.
یکی از مشهورترین نمونههای اتساع زمان، «پارادوکس دوقلو» است: یکی از دوقلوها با فضاپیمایی که به سرعت نزدیک به نور حرکت میکند به فضا میرود و دوقلوی دیگر روی زمین باقی میماند. پس از بازگشت فضانورد، مشخص میشود که او جوانتر است، زیرا ساعت او در طی سفر سریعش کندتر عمل کرده است. این پدیده در مقیاسی دیگر نیز در نزدیکی سیاهچالهها رخ میدهد؛ جایی که شدت میدان گرانشی بهقدری است که موجب کاهش محسوس زمان میشود.
با این حال، وضعیت در مورد مریخ کمی پیچیدهتر است. از یک سو، این سیاره به خورشید نزدیکتر از زمین قرار دارد و لذا با سرعت کمتری به دور آن میچرخد. این عامل بهتنهایی منجر به این میشود که ساعتها در مریخ نسبت به زمین کندتر حرکت کنند. اما این موضوع تنها بخشی از داستان است. مدار مریخ نسبت به مدار زمین بیضویتر است، به این معنا که در بخشی از سال کمی به خورشید نزدیکتر میشود و سرعتش زیاد میشود و در بخش دیگر، زمانی که دورتر است، آرامتر به حرکت ادامه میدهد.
علاوه بر این موضوع، مریخ در طول سال فاصلههای متغیری از میدانهای گرانشی خورشید و زمین–ماه دارد. این تغییرات سبب میشود تا سرعت گذر زمان بر روی این سیاره بهطور مداوم تغییر کند.
اختلاف در گذر زمان میان مریخ و زمین ناشی از عواملی همچون گرانش ضعیفتر مریخ، شکل بیضوی مدار آن، و تأثیرات گرانشی ناشی از خورشید و ماه است
چالش محاسبه دقیق این تفاوت کار آسانی نیست. نیل اشبی و بیجونات پاتلا از مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده (NIST) برای برآورد این اختلاف ناچار شدند تا تأثیرات گرانش مریخ (که مرز آن تقریباً پنج برابر ضعیفتر از گرانش زمین است)، سرعت حرکت مریخ، شکل مدار آن و همچنین اثرات گرانشی خورشید، زمین و ماه را بهصورت همزمان مدنظر قرار دهند. پاتلا میگوید: «بررسی مسئله سهجسمی به خودیخود بسیار دشوار است. حالا ما با چهار جسم مواجه هستیم: خورشید، زمین، ماه و مریخ. انجام این محاسبات به مراتب سختتر از آن چیزی بود که در ابتدا تصور میکردم.»
برای فضانوردانی که در مریخ حضور دارند، این تفاوت بهطور واضحی مشهود نیست؛ یک ثانیه همچنان همان یک ثانیه بهنظر میرسد. اما از منظر یک ناظر در زمین، همان یک ثانیه در مریخ کمی سریعتر از ثانیهای است که ساعت زمینی آن را نشان میدهد. بهطور میانگین، این اختلاف ۴۷۷ میکروثانیه در روز است، هرچند بر اساس موقعیت مریخ نسبت به زمین و ماه، ممکن است این مقدار از ۲۲۶ میکروثانیه کم یا زیاد شود.
این اعداد ممکن است ناچیز بهنظر برسند، اما در دنیای فناوریهای پیشرفته و دقیق، از اهمیت زیادی برخوردارند. بهعنوان مثال، سیستمهای ارتباطاتی پیشرفته مانند 5G به دقتی معادل یکدهم میکروثانیه نیاز دارند. اگر روزی شبکههای ناوبری و ارتباطی بین زمین و مریخ ایجاد شود، بیتوجهی به این تفاوت زمانی میتواند خطاهای جدی بهبار آورد. آگاهی از این اختلاف به محققان این امکان را میدهد تا ساعتهای زمین و مریخ را در نظر گرفتن زمان سفر نور میان این دو سیاره بهدرستی هماهنگ کنند و فرآیند انتقال دادهها را بهنحو مؤثرتری انجام دهند.
این اولین باری نیست که اشبی و پاتلا به چنین محاسباتی پرداختهاند. آنها قبلاً نیز اختلاف گذر زمان میان زمین و ماه را مورد بررسی قرار داده و نشان دادهاند که ساعتها بر روی ماه بهطور میانگین ۵۶ میکروثانیه در روز سریعتر نسبت به زمین حرکت میکنند.
اشبی میگوید ممکن است هنوز چند دهه تا زمانی که سطح مریخ با آثار حرکت مریخنوردها پوشیده شود فاصله داشته باشیم، اما در حال حاضر بررسی چالشهای ناوبری در سیارات و قمرهای دیگر ضروری است. درست همانگونه که سیستمهای ناوبری زمینی مانند GPS وابسته به ساعتهای فوقدقیق هستند، نسخههای آینده آنها در مریخ و فراتر آن نیز بدون در نظر گرفتن نظریه نسبیت عام اینشتین نخواهند توانست کار کنند.
این پژوهش در نشریه The Astronomical Journal منتشر شده است.
