Uma equipa de investigação científica do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) calculou recentemente e sistematicamente pela primeira vez a diferença na passagem do tempo entre Marte e a Terra, fornecendo uma referência chave para o futuro sistema de medição do tempo extraterrestre. Uma nova pesquisa publicada no The Astronomical Journal mostra que, em média, os relógios de Marte funcionam cerca de 477 microssegundos, ou um milionésimo de segundo, mais rápido por dia do que os da Terra. Embora esta diferença seja extremamente pequena, ela tem um significado importante para a engenharia em sistemas de navegação e comunicação que dependem de sincronização de tempo de alta precisão.

A pesquisa aponta que esta diferença de tempo não é constante, mas flutua periodicamente com as mudanças na órbita de Marte ao redor do Sol. Devido à alta excentricidade da órbita de Marte, à órbita circular não padrão e aos efeitos combinados da atração gravitacional do Sol, da Terra, da Lua e de outros planetas, a diferença de tempo média diária dentro de um ano marciano pode variar dentro de um intervalo máximo de aproximadamente 226 microssegundos. Os cientistas também identificaram padrões de variação repetitivos mais pequenos associados ao período sinódico, pequenas flutuações de cerca de 40 microssegundos por dia, que reflectem a lenta acumulação e o aumento e diminuição dos desvios de tempo causados ​​pelos diferentes arranjos geométricos dos múltiplos corpos do Sistema Solar.

Para fornecer uma estimativa precisa, a equipa de investigação do NIST comparou sistematicamente Marte com a Terra e a Lua, concentrando-se na análise do chamado “tempo intrínseco relativístico”. O chamado tempo intrínseco refere-se ao tempo realmente medido por um relógio em um determinado local no âmbito da teoria da relatividade de Einstein. Depende da força do campo gravitacional e da velocidade dos corpos celestes naquele local. Os resultados da pesquisa verificaram mais uma vez as previsões básicas da relatividade geral: quanto mais forte a gravidade, mais lento o relógio funciona; quanto mais fraca a gravidade, mais rápido o relógio funciona. “A investigação da Lua e de Marte nunca foi tão relevante agora, e nunca estivemos tão perto da visão da ficção científica de expansão para todas as partes do sistema solar”, disse o físico do NIST Bijunath Patla.

Diferente do conhecido “um dia em Marte é cerca de 40 minutos a mais que o da Terra e um ano equivale a 687 dias terrestres”, o foco central deste estudo é “a velocidade da própria passagem do tempo”. De acordo com a suposição da equipe de pesquisa, se um relógio atômico de alta precisão for implantado na superfície de Marte, ele funcionará normalmente localmente. No entanto, em comparação com um relógio atômico colocado na Terra, os dois experimentarão um desvio de tempo lento, mas contínuo, devido a diferenças na gravidade e no movimento. Isto significa que os futuros sistemas de navegação e comunicação interplanetária devem calcular e corrigir com precisão o "desvio da taxa de tempo" entre os planetas, da mesma forma que lidam com fusos horários intercontinentais e transversais.

Em termos de métodos específicos, os investigadores estabeleceram uma superfície de referência para Marte e incorporaram as perturbações gravitacionais do Sol, Terra, Lua e outros planetas num modelo unificado. Isto equivale à introdução de um quarto corpo celeste massivo com base na resolução do clássico "problema dos três corpos", tornando o cálculo da dinâmica do sistema mais complicado. Eles primeiro descreveram o movimento de Marte com a órbita elíptica Kepleriana ideal, depois sobrepuseram os efeitos da gravidade de múltiplos corpos, marés solares, etc., e finalmente forneceram a correção precisa do tempo intrínseco de Marte em relação à Terra. Essas diferenças de tempo intrínsecas relativísticas, as chamadas "compensações de tempo intrínsecas", formam a base teórica para comparação e calibração de relógios interplanetários. Patla lamenta: “O trabalho realmente árduo foi muito mais complicado do que eu pensava inicialmente”.

Embora a diferença de algumas centenas de microssegundos por dia seja quase imperceptível na vida diária, é suficiente para causar o acúmulo de erros em sistemas de tecnologia de precisão. As redes de comunicação móvel e os sistemas de navegação por satélite na Terra moderna dependem de sincronização de tempo em nível de nanossegundos ou até menor para completar o posicionamento e a transmissão de dados. Para comunicações no espaço profundo entre a Terra e Marte, os atuais tempos de propagação de sinal unidirecional variam de cerca de 4 a 24 minutos, dependendo das posições relativas das duas estrelas em suas respectivas órbitas. Os pesquisadores acreditam que, se um "sistema de tempo interplanetário" unificado e altamente preciso puder ser estabelecido no futuro, espera-se que, até certo ponto, reduza a confusão e o erro de julgamento na navegação e na troca de dados. Patla disse: “Uma vez alcançada a sincronização estrita, a experiência de comunicação será tão suave quanto quase em tempo real e não haverá mais perda de informações aguardando o retorno dos resultados”.

A equipa de investigação científica também enfatizou que uma rede de comunicação interestelar completa e madura ainda está longe da realidade, mas agora a realização de pesquisas sobre diferenças no comportamento temporal pode estabelecer uma base sólida para sistemas futuros. Neil Ashby, que participou da pesquisa, destacou que pode levar algumas décadas até que a superfície de Marte seja “coberta” com rastros de mais rovers, mas é necessário estudar com antecedência as questões-chave do estabelecimento de sistemas de navegação em outros planetas e satélites. Semelhante ao atual Sistema de Posicionamento Global (GPS), este tipo de futura rede de navegação interplanetária também terá como núcleo relógios de alta precisão. O impacto do campo gravitacional de cada corpo celeste na frequência do relógio deve ser analisado quantitativamente usando a teoria geral da relatividade de Einstein. neowin

Patla afirmou ainda que esta investigação não só fornece a primeira resposta sistemática ao tempo de Marte, mas também enriquece até certo ponto a compreensão humana do tempo e da própria relatividade. “Pela primeira vez sabemos realmente como o tempo passa em Marte num sentido relativista – ninguém teve uma resposta completa antes”, disse ele. Na sua opinião, este trabalho melhorou a nossa compreensão geral de "como os relógios funcionam" e da teoria geral da relatividade, e estabeleceu uma base teórica e de engenharia para a futura implantação de sistemas de navegação e tempo de alta precisão na Lua, em Marte e ainda mais no espaço profundo.