Vad är klockan på Mars?

 

Bild wikipedia (engelsk) Topografisk karta över Mars med märkta formationer och Mars-dikotomin synlig (norra låglänta och södra höglandshalvklotet)

Marsianska dagar och år är längre än de på jorden. Planetens dag, eller full rotation runt sin axel är 40 minuter längre än jordens och det tar 687 dagar att fullborda en omloppsbana runt solen, jämfört med jordens 365 dagar. Forskare behöver veta hur snabbt eller långsamt varje sekund passerar på Mars jämfört med på jorden.

Om du skulle landa på Mars yta med en atomklocka skulle den fortfarande ticka på samma sätt som på jorden. Men om du jämför Marsklockan med en på jorden kommer de att vara ur synk. Utmaningen är att avgöra hur mycket Mars tid är förskjuten från jordens.

Det var mycket knepigare än vad NIST:s fysiker (National Institute of Standards and Technology, en amerikansk organisation under handelsdepartementet) hade förväntat sig. Einsteins relativitetsteori säger att gravitationens styrka påverkar tidens gång. Klockor tickar långsammare där gravitationen är starkare, och snabbare där gravitationen är svagare. Hastigheten på en planets bana får även klockorna att ticka antingen långsammare eller snabbare beroende på banans längd.

NIST valde en punkt på Mars yta som referens. Tack vare år av data insamlade från tidigare Marsuppdrag kunde Patla och NIST-fysikern Neil Ashby uppskatta gravitationen på Mars  yta, som är fem gånger svagare än jordens gravitation på ytan.

Men de behövde ta hänsyn till mer än bara Mars gravitation. Vårt solsystem har andra massiva kroppar som drar i varandra. Solen står ensam för mer än 99 % av massan i vårt solsystem. Mars position i solsystemet och avstånd från solen inclusive dess grannplanater som jorden, månen, Jupiter och Saturnus  ger den in i en mer excentrisk bana. Jordens och månens banor är relativt konstanta. Tiden på månen är konsekvent 56 mikrosekunder snabbare än tiden på jorden.

"Men för Mars är det inte så. Dess avstånd från solen och dess excentriska bana gör tidsvariationerna större. Ett trekroppsproblem är extremt komplicerat. Nu har vi att göra med fyra: solen, jorden, månen och Mars," beskriver Patla. "

Efter att ha tagit hänsyn till Marsytans gravitation utifrån Mars excentriska bana, solens, jordens och månens effekt på Mars kom Patla och Ashby fram till ett svar. Just nu är kommunikationen mellan jorden och Mars försenad med allt från fyra till 24 minuter (ibland mer).

Att ha en ram för timing mellan planeter banar väg för att skapa synkroniserade nätverk över enorma avstånd.  Einstein visade oss att klockor inte tickar i samma takt i universum. Klockor går något snabbare eller långsammare beroende på gravitationens styrka i omgivningen, vilket gör det knepigt att synkronisera våra klockor här på jorden, än mindre över det enorma solsystemet. Om människor vill etablera en långsiktig närvaro på den röda planeten behöver forskarna veta: Vad är klockan på Mars?

Nu vet man. I genomsnitt tickar klockor på Mars 477 mikrosekunder (miljondelar av en sekund) snabbare än på jorden. Mars excentriska bana och gravitationen från dess  grannar kan dock öka eller minska detta med så mycket som 226 mikrosekunder per dag under Mars-året.  Studiens resultat publicerades i The Astronomical Journal 

Studien är grundad på en tidigare artikel från 2024 där NIST:s fysiker utvecklade en plan för exakt tidmätning på månen.