Albert Einstein je pred stoletjem napovedal, da gravitacija ukrivlja čas. Danes, ko človeštvo stoji na pragu kolonizacije Rdečega planeta, fiziki opozarjajo na nevidno oviro: na Marsu čas dobesedno beži pred nami. Nova študija razkriva natančno odstopanje, ki bo določalo uspeh ali propad prihodnjih misij.
Za večino izmed nas je čas absolutna stalnica. Ura na steni bije enakomerno, ne glede na to, kje smo. Toda za astrofizike in inženirje, ki načrtujejo naslednji veliki korak človeštva – pristanek in dolgotrajno bivanje na Marsu – je čas spremenljiva, spolzka in potencialno nevarna količina.
Medtem ko vesoljske agencije, kot sta Nasa in ESA, ter zasebna podjetja mrzlično razvijajo nosilne rakete in bivalne module, se v laboratorijih odvija drugačen glavobol. Gre za vprašanje sinhronizacije. Nova študija, ki so jo izvedli raziskovalci na ameriškem Nacionalnem inštitutu za standarde in tehnologijo (NIST), je prvič z izjemno natančnostjo opredelila, kako zelo se marsovski čas razlikuje od zemeljskega.
Ugotovitev? Če bi na Mars odnesli atomsko uro, bi ta vsak dan prehitela svojo dvojčico na Zemlji za približno 477 mikrosekund. Morda se to sliši kot zanemarljiv drobec v večnosti, toda v svetu vesoljske navigacije, kjer o življenju in smrti odločajo nanosekunde, je to razlika, ki lahko povzroči katastrofo.
Dediščina splošne teorije relativnosti
Da bi razumeli, zakaj ura na Marsu teče hitreje, se moramo vrniti k Albertu Einsteinu in v leto 1915. Njegova splošna teorija relativnosti je zrušila intuitivno prepričanje, da je čas univerzalen. Einstein je dokazal, da masivna telesa, kot so planeti in zvezde, ukrivljajo prostor-čas. Bolj ko je telo masivno, močnejša je njegova gravitacija in počasneje teče čas v njegovi bližini.
Zemlja, ki je znatno masivnejša od Marsa, ustvarja globljo gravitacijsko kotanjo. Smo ujetniki močnejšega gravitacijskega polja, zato se naše ure v primerjavi s tistimi v globokem vesolju ali na manjših planetih premikajo počasneje.
Mars, ki ima približno desetino Zemljine mase, ima šibkejšo gravitacijo. Čas se tam dobesedno osvobodi zemeljskega primeža in pospeši. Do sedaj so znanstveniki to vedeli v teoriji, toda Neil Ashby in Bijunath Patla, fizika pri NIST, sta v reviji The Astronomical Journal objavila študijo, ki to razliko postavlja v konkreten inženirski okvir. Njun model ne upošteva samo preproste razlike v masi planetov, temveč kompleksni ples nebesne mehanike.
Kaos eliptične orbite
Če bi bil Mars v fiksni točki glede na Sonce, bi bila rešitev preprosta: popraviti bi morali ure za fiksno vrednost. Vendar vesolje ni tako preprosto.
»Problem ni samo v tem, da je čas na Marsu drugačen. Problem je, da se ta razlika nenehno spreminja,« pojasnjujejo strokovnjaki, ki se opirajo na ugotovitve NIST. Za razliko od Zemlje, katere orbita okoli Sonca je skoraj krožna, Mars potuje po izrazito eliptični poti.
Ko se Mars približa Soncu (perihelij), se znajde v močnejšem sončnem gravitacijskem polju in se premika hitreje. Ko se oddalji (afelij), se vpliv Sonca zmanjša in planet se upočasni. Te spremembe v hitrosti in gravitacijskem potencialu povzročajo, da se časovna razlika med Zemljo in Marsom neprestano krči in razteza.
Ashby in Patla sta izračunala, da lahko zaradi te orbitalne ekscentričnosti časovni zamik variira za dodatnih 226 mikrosekund. To pomeni, da marsovski čas ni stabilen ritem, temveč melodija, ki pospešuje in se upočasnjuje glede na letni čas na planetu.
Od mikrosekund do izgubljenih misij
Zakaj je teh 477 mikrosekund na dan sploh pomembnih? V vsakdanjem življenju jih ne bi opazili. Če bi človek preživel 50 let na Marsu, bi se na Zemljo vrnil le približno 9 sekund starejši, kot če bi ostal doma. Z biološkega vidika je to torej banalno vprašanje – astronavti ne bodo opazili, da se starajo hitreje.
Toda za tehnologijo je ta razlika velika. Sodobna navigacija, vključno s sistemom GPS, ki ga uporabljamo na Zemlji, temelji na merjenju časa, ki ga signal potrebuje za potovanje od satelita do sprejemnika. Svetloba v eni mikrosekundi prepotuje 300 metrov. Če se ura na satelitu in ura na tleh ne ujemata za 477 mikrosekund, bi to pomenilo napako v pozicioniranju, večjo od 140 kilometrov.
Pri pristajanju roverja ali človeške posadke na točno določeno lokacijo na Marsu, kjer je atmosfera redka in so manevrski popravki omejeni, takšna napaka ni sprejemljiva. »Če želimo vzpostaviti internet na Marsu, usklajen GPS sistem ali avtonomne roverje, ki komunicirajo med seboj, moramo definirati koordinirani marsovski čas,« opozarjajo pri NIST.
Ugotovitve študije prihajajo v ključnem trenutku. Do sedaj so bile misije na Mars neodvisne. Vsak rover je deloval po svojem času misije, ki je bil ohlapno povezan z Zemljo. Toda s prihodom misij Artemis in načrti za stalno bazo je vse bolj nujna sistemska rešitev.
Težava morske gladine
Raziskava odpira vprašanje, ki je hkrati znanstveno in politično: kje bomo postavili marsovski Greenwich? Na Zemlji je univerzalni koordinirani čas (UTC) določen s povprečjem atomskih ur, ki so prilagojene na nivo morske gladine (geoid).
Mars nima morske gladine. Njegova površina je razgibana, z ogromnimi višinskimi razlikami – od globokih kanjonov Valles Marineris do vrha vulkana Olympus Mons. Ker gravitacija (in s tem čas) variira tudi z nadmorsko višino, bo morala mednarodna skupnost določiti ekvipotencialno ploskev – umetno morsko gladino Marsa – na katero se bodo nanašale vse ure.
To, kar sta Ashby in Patla izračunala, je pravzaprav temelj za prihodnjo infrastrukturo sončnega sistema. Ne gre več za abstraktno fiziko, temveč za logistiko. Podobno kot so morali železniški baroni v 19. stoletju poenotiti ure, da bi preprečili trčenja vlakov, morajo danes vesoljski inženirji uskladiti ure dveh planetov, da bi omogočili medplanetarno trgovino, komunikacijo in transport.
»Napočil je čas za Luno in Mars,« je v izjavi dejal Bijunath Patla. In res, preden bo prvi človek stopil na rdeči prah, bodo morali znanstveniki najprej ukrotiti čas, ki tam teče po svojih, Einsteinovih pravilih. Brez te nevidne mreže sinhronizacije bi bili naši koraki v vesolje slepi.
