Marsissa aika kulkee hieman nopeammin kuin Maassa, ja nyt ero on saatu määritettyä täsmällisesti.
Yhdysvaltain kansallisen standardi- ja teknologiainstituutin NISTin kahden fyysikon tutkimuksen mukaan Marsin pinnalla olevat kellot käyvät keskimäärin 477 mikrosekuntia vuorokaudessa nopeammin kuin Maassa olevat kellot. Tutkimus on julkaistu The Astronomical Journal -tiedelehdessä.
Ero kuulostaa mitättömältä, mutta sillä voi olla ratkaiseva merkitys tilanteissa, joissa Maassa, Kuussa ja Marsissa käytettävä aika täytyy synkronoida sekunnin murto-osien tarkkuudella. Ilmiö perustuu Albert Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan, jonka mukaan aika riippuu painovoimasta: voimakkaammassa gravitaatiokentässä kello käy hitaammin kuin heikommassa kentässä. Niinpä jokainen sekunti on heikommassa gravitaatiokentässä lyhyempi.
Sama periaate on esimerkiksi gps-satelliittien atomikelloissa, jotka käyvät nopeammin kuin Maan pinnalla olevat kellot, koska keskimääräisellä Maan kiertoradalla vallitseva hieman heikompi gravitaatio ja satelliittien liikkeen aiheuttama ajan vääristymä tuottavat yhteensä noin 38 mikrosekunnin eron vuorokaudessa.
NISTin tutkijat Neil Ashby ja Bijunath Patla ovat nyt kehittäneet Marsia varten tarkan ajanmääritysjärjestelmän. Kaksikko on aiemmin luonut Kuulle oman aika-asteikon, joka vastaa Maassa käytettävää koordinoitua yleisaikaa (UTC). UTC on maailmanlaajuinen aikastandardi, jota käyttävät muun muassa tähtitieteilijät ja Deep Space Network -verkko, ja sen tarkkuus on noin 100 pikosekuntia vuorokaudessa.
Kuun pinnalla aika kulkee noin 56 mikrosekuntia vuorokaudessa nopeammin kuin Maassa. Ero johtuu Kuun pienemmästä massasta sekä Auringon, Maan ja Kuun välisestä gravitaatiovuorovaikutuksesta.
Marsin kohdalla ajan laskeminen on kuitenkin huomattavasti monimutkaisempaa. ”Kolmen kappaleen ongelma on äärimmäisen monimutkainen. Nyt käsittelemme neljää: Aurinkoa, Maata, Kuuta ja Marsia”, Patla toteaa tiedotteessa.
Marsin pinnalla painovoima on selvästi Maan vastaavaa heikompi, sillä Marsin massa on vain noin kymmenesosa Maan massasta. Mars-luotainten keräämien tietojen perusteella Ashby ja Patla arvioivat, että Marsin pintagravitaatio on noin viisi kertaa heikompi kuin Maan.
Lisäksi Mars kiertää Aurinkoa keskimäärin 1,5 tähtitieteellisen yksikön etäisyydellä, kun Maan etäisyys Auringosta on yksi tähtitieteellinen yksikkö. Koska gravitaation voimakkuus heikkenee kääntäen verrannollisesti suhteessa etäisyyden neliöön, Auringon gravitaatiopotentiaali Marsin kohdalla on selvästi Maan kokeman vaikutuksen alapuolella.
Tilannetta mutkistaa entisestään Marsin selvästi soikeampi kiertorata Maan rataan verrattuna, minkä vuoksi planeetta kokee suuria vaihteluita gravitaatiopotentiaalissa. Tämän seurauksena Marsin kellot käyvät keskimäärin 477 mikrosekuntia vuorokaudessa nopeammin kuin Maan kellot, mutta ero kasvaa tai pienenee jopa 266 mikrosekuntia vuorokaudessa Marsin vuoden aikana.
Marsin vuosi on myös huomattavasti Maan vuotta pidempi: planeetalla kuluu 687 vuorokautta yhden kierroksen tekemiseen Auringon ympäri. Myös Marsin vuorokausi on pidempi, sillä planeetta tarvitsee noin 40 minuuttia enemmän aikaa pyörähtääkseen akselinsa ympäri kuin Maa.
Tarkkojen ja skaalautuvien aika-asteikkojen luominen on välttämätöntä tulevia Mars-operaatioita varten. ”Voi kulua vielä vuosikymmeniä ennen kuin Marsin pinta täyttyy vaeltavien mönkijöiden jäljistä, mutta on jo nyt hyödyllistä tutkia kysymyksiä, jotka liittyvät navigointijärjestelmien perustamiseen muille planeetoille ja kuille”, Ashby sanoo tiedotteessa.
Maan ulkopuolinen ajanmääritys on keskeisessä roolissa myös lähivuosikymmenien Kuuhun suuntautuvissa lennoissa, joita suunnittelevat sekä kaupalliset toimijat että kansalliset avaruusohjelmat. Viestintä, paikannus ja navigointi edellyttävät yhteensopivia ja luotettavia aikajärjestelmiä.
Siksi Maan ja Kuun järjestelmän ulkopuolelle ulottuvan aika-infrastruktuurin rakentaminen ja niin sanotun autonomisen planeettojenvälisen aikasynkronoinnin kehittäminen ovat keskeisiä tavoitteita.
Tilaa Tekniikan Maailman uutiskirjeet
Tilaa TM-uutiskirje, niin pysyt ajan tasalla autoalan, teknologian ja tieteen uutisista!