Ученый из NASA предложил новый способ отмерять время на Марсе

Проблема в том, что атомные часы — самые точные устройства для измерения времени, которые человечество создало, — все равно подчиняются общей теории относительности Эйнштейна. Она гласит: чем сильнее гравитация вокруг часов, тем медленнее они идут. Марс меньше Земли и слабее притягивает объекты, поэтому его гравитационный колодец мельче. В таких условиях любые часы на поверхности Марса идут чуть быстрее, чем на Земле.

Турышев вводит понятие ареоцентрического координатного времени — по-английски TCA, Areocentric Coordinate Time. Это марсианский аналог того, что на Земле называется TCG (геоцентрическое координатное время). Оба стандарта встроены в более широкую систему Международного астрономического союза, которая привязывает локальное время к барицентру Солнечной системы — воображаемой точке, вокруг которой вращается все, включая само Солнце. Так выстраивается математическая цепочка: от часов на запястье космонавта на Марсе — до общей точки отсчета для всей Солнечной системы.

Все о Марсе: есть ли жизнь, сколько лететь и почему называют Красной планетой

Разница во времени между поверхностью Марса и его орбитой оказывается вполне ощутимой в масштабах точной навигации. Спутник на низкой марсианской орбите — примерно на высоте 300 километров, как многие коммуникационные спутники вокруг Земли — движется с огромной скоростью, чтобы не упасть. Из-за этой скорости его часы по специальному эффекту теории относительности (который замедляет время у быстро движущихся объектов) отстают от поверхностных на 4,56 микросекунды в сутки. А вот спутник на ареостационарной орбите — той, где он висит неподвижно над одной точкой поверхности, как геостационарные спутники над Землей, — движется медленнее и находится дальше от планеты, поэтому его часы, наоборот, спешат на 9,13 микросекунды в сутки.

Спутник на орбите дальнего марсианского спутника Деймоса дополнительно выигрывает еще больше: его часы уходят вперед на 9,52 микросекунды в день относительно поверхности.

Сложнее всего придется с вытянутыми эллиптическими орбитами, по которым летают ретрансляторы связи. Такой спутник то прижимается к полюсам планеты, то уходит далеко в открытый космос. Гравитация и скорость при этом постоянно меняются, и единого поправочного коэффициента для часов здесь не существует — нужно пересчитывать ход времени на каждом шаге траектории.

Марс движется по заметно вытянутой орбите вокруг Солнца, и в точке наибольшего сближения с ним — перигелии — солнечные приливные силы растягивают пространство сильнее. Это тоже нужно учитывать, иначе возникнут ошибки в навигации марсоходов и спутников. Гравитацию Фобоса и Деймоса тоже нельзя игнорировать, когда аппарат проходит рядом с одним из марсианских спутников.

Главной неизвестной пока остается марсианская погода. На планете существует мощный сезонный цикл: зимой углекислый газ замерзает и оседает на полярных шапках, летом испаряется обратно в атмосферу. Это перераспределение миллиардов тонн вещества меняет гравитационное поле планеты, а значит, и ход часов на ее поверхности. Данных о точных параметрах этого процесса пока недостаточно, и поэтому, по словам Турышева, достичь суб-пикосекундной точности в марсианской системе времени сегодня невозможно.

Сам автор отмечает, что его статья — это еще не готовая система, а математический каркас и набор принципов для будущего «марсианского временного эфемериса». Чтобы система заработала по-настоящему, понадобятся точная планетная эфемерида, детальная модель ориентации и сезонной гравитации Марса, данные об орбитах конкретных аппаратов и калибровка всех задержек в каналах связи. Лучше решать эти задачи заранее, чем разбираться с последствиями, когда несинхронизированные часы в разных точках марсианской инфраструктуры приведут к сбою в системе.

На обложке генерация Pro Космос