زمان در مریخ واقعاً سریع‌تر از زمین می‌گذرد و اکنون می‌دانیم چرا

زمان در مریخ کمی متفاوت از زمین می‌گذرد؛ آن‌قدر که اگر روزی شبکه‌های ارتباطی و ناوبری میان دو سیاره راه‌اندازی شود، نادیده گرفتنش می‌تواند دردسرساز باشد. براساس محاسبات دانشمندان، ساعت‌ها روی مریخ به‌طور میانگین هر روز ۴۷۷ میکروثانیه از ساعت‌های روی زمین جلو می‌افتند. این اختلاف بسیار کوچک به نظر می‌رسد، اما ریشه‌ای کاملاً بنیادی دارد: نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین.

نسبیت عام توضیح می‌دهد که زمان برای همه‌جا و همه‌کس یکسان نمی‌گذرد. سرعت حرکت و شدت میدان گرانشی تعیین می‌کنند که ساعت‌ها چطور کار کنند. به این پدیده «اتساع زمان» گفته می‌شود؛ یعنی کش‌آمدن یا فشرده‌شدن زمان بسته به شرایط.

یکی از معروف‌ترین مثال‌های اتساع زمان، «پارادوکس دوقلوها» است: یکی از دوقلوها با فضاپیمایی که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به فضا می‌رود و دیگری روی زمین می‌ماند. وقتی فضانورد برمی‌گردد، جوان‌تر است، چون ساعت او در سفر سریعش کندتر کار کرده است. همین اتفاق، در مقیاسی دیگر، نزدیک سیاه‌چاله‌ها هم رخ می‌دهد؛ جایی که میدان گرانشی آن‌قدر قوی است که زمان به‌شدت کند می‌شود.

در مورد مریخ، داستان کمی پیچیده‌تر است. از یک سو، مریخ از خورشید دورتر از زمین قرار دارد و به همین دلیل با سرعت کمتری به دور خورشید می‌چرخد. این موضوع به‌تنهایی باعث می‌شود ساعت‌ها روی مریخ کندتر از زمین کار کنند. اما این تمام ماجرا نیست. مدار مریخ بیضوی‌تر از مدار زمین است. یعنی مریخ در بخشی از سال کمی به خورشید نزدیک‌تر می‌شود و سرعتش بالا می‌رود و در بخشی دیگر، وقتی دورتر است، آهسته‌تر حرکت می‌کند.

علاوه بر این، مریخ در طول سال فاصله‌های مختلفی از میدان‌های گرانشی خورشید و زمین–ماه دارد. این تغییرات باعث می‌شود که سرعت گذر زمان روی مریخ نسبت به زمین به طور پیوسته اندکی تغییر کند.

برای فضانوردی روی مریخ، این تفاوت اصلاً محسوس نیست؛ یک ثانیه همچنان یک ثانیه به نظر می‌رسد. اما از دید ناظری روی زمین، همان یک ثانیه روی مریخ، اندکی سریع‌تر از ثانیه‌ای است که ساعت زمینی نشان می‌دهد. به‌طور میانگین، این اختلاف ۴۷۷ میکروثانیه در روز است، اما بسته به موقعیت مریخ نسبت به زمین و ماه، می‌تواند تا ۲۲۶ میکروثانیه کم یا زیاد شود.

شاید این اعداد بسیار ناچیز به نظر برسند، اما در دنیای فناوری‌های دقیق، اهمیت زیادی دارند. برای مثال، سامانه‌های ارتباطی پیشرفته مثل 5G به دقتی در حد یک‌دهم میکروثانیه نیاز دارند. اگر روزی شبکه‌های ناوبری و ارتباطی میان زمین و مریخ ساخته شوند، نادیده گرفتن این اختلاف زمانی می‌تواند باعث خطاهای جدی شود. دانستن این اختلاف به دانشمندان اجازه می‌دهد ساعت‌های زمین و مریخ را (با در نظر گرفتن زمان سفر نور میان دو سیاره) به‌درستی با هم هماهنگ کنند و انتقال داده‌ها را دقیق‌تر و کارآمدتر انجام دهند.

نخستین‌باری نیست که اشبی و پاتلا به سراغ چنین محاسباتی می‌روند. آن‌ها پیش‌تر اختلاف گذر زمان میان ماه و زمین را هم بررسی کرده بودند و نشان دادند که ساعت‌ها روی ماه ۵۶ میکروثانیه در روز سریع‌تر از زمین کار می‌کنند.

اشبی می‌گوید شاید هنوز دهه‌ها تا پر شدن سطح مریخ از رد حرکت مریخ‌نوردها فاصله داشته باشیم، اما بررسی همین حالا‌ی چالش‌های ناوبری در سیارات و قمرهای دیگر ضروری است. همان‌طور که سامانه‌های ناوبری زمینی مثل GPS به ساعت‌های فوق‌دقیق وابسته‌اند، نسخه‌های آیندهٔ آن‌ها در مریخ و فراتر از آن نیز بدون در نظر گرفتن نسبیت عام اینشتین کار نخواهند کرد.

پژوهش در ژورنال The Astronomical Journal منتشر شده است.