Víte, jak to chodí: Po dlouhé směně seškrabávání vzorků prebiotického materiálu z červených skal v Utopia Planitia se snažíte zavřít oči na své posteli, a než se nadějete, zazvoní váš alarm. A pak uvidíte, že vás to probudilo o celých 477 mikrosekund dříve!
Život na Marsu je těžký. Zjistit přesný čas není o moc jednodušší.
Dokonce ani na širším konci časového měřítka není marťanská chronometrie zrovna jednoduchá; planetě trvá kolem Slunce asi 687 pozemských dní, takže koordinace kalendáře se Zemí je pěkně chlupatá. Také se otáčí kolem své osy – dokončí jeden martovský den – za 24 hodin, 39 minut a 35 sekund (abychom odlišili toto období od pozemského dne, nazýváme jej „sol“, což je latinské slovo pro slunce). Sledovat svůj rozvrh na Marsu by bylo jiné než na Zemi. Ale přesto by v jádru šlo jen o konverzi.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceňované žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a nápadech, které formují náš dnešní svět.
Sestavení přesných marťanských hodin může být na druhou stranu velmi složité, záleží na tom, jak přesné je chcete mít. Když začnete krájet čas na menší a menší kousky, problém se týká nejen inženýrství, ale také základní fyziky. To proto, že tok času na mili- a mikrosekundových měřítcích je ovlivněn relativitou, gravitací a orbitální mechanikou, které se mohou svět od světa radikálně lišit.
Dobrá zpráva je, že dvojice fyziků provedla všechny související matematické těžké zvedání pro Mars a zveřejnili své výsledky 1. prosince v Astronomický časopis. S jejich pomocí můžeme doladit naše marťanské časomíry.
Byl to Albert Einstein, kdo skutečně jako první dostal tento míč do pohybu. Kromě mnoha jiných věcí, které vyplynuly z jeho speciální teorie relativity, předpokládal, že čas nemusí nutně plynout stejně pro dva nezávislé objekty. Nejčastěji používaným příkladem je, jak hodiny běží pomaleji, když se pohybují vzhledem k pozorovateli. Účinek je velmi malý, dokud se tento pohyb nepřiblíží rychlosti světla, načež může být velmi velký.
Ale je tu další zvrat relativity: kromě relativního pohybu, gravitace ovlivňuje i plynutí času! Čím silnější je gravitace, tím pomaleji budou hodiny tikat vzhledem k některému pozorovateli daleko, kde jsou gravitační účinky slabší. Oba tyto jevy nás na Zemi mohou ovlivnit: satelity GPS například obíhají vysoko nad Zemí, kde je gravitace slabší, takže jejich hodiny běží rychleji než ty na povrchu. Rychlý orbitální pohyb satelitů však také zpomaluje jejich hodiny. Společně tyto efekty způsobují, že jejich hodiny tikají asi o 38 mikrosekund rychleji než ty na zemi. To hluboce ovlivňuje jejich přesnost při mapování a odhazuje je asi o 10 kilometrů za sekundu den. Přemýšlejte o tom, jak byste byli naštvaní, kdyby se mapová aplikace vašeho smartphonu po pouhé půl hodině používání vypnula přibližně o kilometr. Naštěstí GPS to všechno bere v úvahu, takže přesnost polohy, kterou vypočítá, je docela vysoká. Ale tato situace jen ukazuje, jak důležitá může být relativita.
Co to má společného s Rudou planetou? No, za prvé, Mars je sice skalnatý svět jako ten náš, ale je mnohem menší, asi desetina hmotnosti Země. Jeho povrchová gravitace je asi třikrát menší než to, co cítíme jako doma. Takže na Marsu bych vážil jen asi 65 liber (29 kilogramů)! Vsadím se, že kolena a záda by se z toho cítila mnohem lépe.
Ale to také znamená, že hodiny na Marsu pociťují menší gravitaci než hodiny na Zemi, takže poběží rychleji. A bohužel zapojit to do Einsteinových rovnic a vypočítat, že pokrok není snadný úkol.
Nejprve musíte definovat, jaký je průměrný povrch Marsu. Koneckonců, pokud jste na hoře, jste dále od průměrné nadmořské výšky, než kdybyste byli v údolí, kde byste cítili jiné množství gravitační síly.
Ale nemůžete jen průměrovat mezi nejvyššími vrcholy a nejnižšími údolími, abyste dospěli k nějakému jasnému mediánu. Oh, ne. Stejně jako svět může mít různou nadmořskou výšku, může mít také různé podpovrchové složení, přičemž některé oblasti jsou hustší (a tedy mají větší místní gravitaci) než jiné. Přesto, když to vezmeme do úvahy spolu s věcmi, jako je rychlost globální rotace a vliv jakýchkoli masivních obíhajících měsíců, je možné (ačkoli obtížné) určit průměrný povrch pro daný svět.
Koncem 20. století jsme to udělali správně pro Zemi – a díky našemu rozsáhlému robotickému orbitálnímu průzkumu jsme to nedávno udělali i pro Mars. Po výpočtu lze průměrný povrch Marsu použít k měření vlivu gravitace na hodiny kdekoli na planetě.
Ale to není všechno. Mars obíhá kolem Slunce dále než Země, a to má dva efekty: Sluneční gravitace, kterou Rudá planeta pociťuje, je snížená, takže její hodiny poběží rychleji než Země. Navíc obíhá Slunce oproti Zemi pomaleji, takže jeho hodiny poběží ještě rychleji.
Ještě horší je, že oběžná dráha Marsu je eliptická (předpokládejte spíše mírný ovál než dokonalý kruh), což znamená, že někdy je planeta blíže Slunci, než je průměr (takže obíhá rychleji a hodiny jsou pomalejší) a že někdy je dále (takže obíhá pomaleji a hodiny běží rychleji).
Rovnice pokrývající toto vše jsou přinejmenším divoké. Po nějakém vážném numerickém zapojení a výpočtovém chuggingu však vědci zjistili, že hodiny na Marsu poběží v průměru o 477,6 mikrosekund rychleji za den než hodiny na Zemi. Ale je to tak v průměru! Změna orbitální vzdálenosti a pohybu způsobuje změnu asi plus minus 113 mikrosekund v průběhu marťanského roku, což znamená, že tamní hodiny mohou předběhnout pozemské hodiny o 364 až 590 mikrosekund za den.
To není mnoho, v každodenním pojetí. Typické lidské mrknutí trvá přibližně 165 milisekundcož je více než 300krát delší než posun marťanských hodin! Takže to neovlivní váš denní sol, ale vědci běžně potřebují měřit časy mnohem rychleji. Stejně jako GPS na Zemi by i zde byly účinky považované za samozřejmé všemi budoucími planetárními průzkumníky; například synchronizace pozemského a marťanského internetového připojení by vyžadovala tuto relativistickou korekci. A pokud budeme někdy potřebovat postavit robustní GPS pro Mars, bude nutné použít také variaci těchto výpočtů, aby se žádný uživatel na zemi neztratil v rudém prachu.
V určitém okamžiku – možná ne brzy, ale jednou – mohou lidé žít na Marsu a budou muset synchronizovat své hodiny s hodinami na Zemi. Do té doby by to nemělo být příliš těžké – relativně vzato.
