Físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) calcularon con precisión la velocidad de paso del "tiempo de Marte" por primera vez y proporcionaron un esquema de referencia para la sincronización unificada entre la Tierra y Marte, que se considera una de las bases clave para la futura navegación en el espacio profundo y las comunicaciones interestelares. Las investigaciones muestran que los relojes en Marte son 477 microsegundos más rápidos por día en comparación con los de la Tierra, y esta diferencia no es constante, fluctuando dentro de un rango de aproximadamente 226 microsegundos durante un año marciano a medida que cambian la forma orbital y el entorno gravitacional.
En la Tierra, los seres humanos han dependido de relojes atómicos, sistemas satelitales y redes de comunicación de alta velocidad para establecer un sistema de tiempo unificado extremadamente sofisticado, lo que hace que "¿qué hora es ahora" sea una pregunta que puede responderse con precisión? Sin embargo, la teoría de la relatividad de Einstein muestra que el tiempo no pasa a la misma velocidad en todas partes del universo. La fuerza de la gravedad y la velocidad del movimiento harán que los relojes vayan más rápido o más lento, lo que plantea enormes desafíos para la sincronización horaria en todos los planetas. Los científicos del NIST señalaron que para llevar a cabo actividades tripuladas o no tripuladas a largo plazo en Marte, primero debemos responder una pregunta aparentemente básica pero extremadamente difícil de cuantificar: cómo definir y convertir con precisión la "hora estándar" en Marte.
Este nuevo estudio utiliza un punto de referencia seleccionado en la superficie de Marte como punto de referencia, similar a la práctica de utilizar el nivel del mar y el ecuador como puntos cero en la Tierra, y considera de manera integral la gravedad de la superficie de Marte, la forma de su órbita y la influencia gravitacional de cuerpos celestes como el Sol, la Tierra y la Luna. Dado que la gravedad superficial de Marte es aproximadamente una quinta parte de la de la Tierra, y la órbita de Marte es más excéntrica y está sujeta a perturbaciones gravitacionales más fuertes provenientes de múltiples cuerpos celestes, sus cambios en el ritmo del tiempo son mucho más complicados que los de la Tierra y la Luna. Los investigadores dijeron que el cálculo de este "problema de los cuatro cuerpos" (el Sol, la Tierra, la Luna y Marte) es mucho más difícil de lo esperado y que es necesario incorporar plenamente los efectos de la relatividad general para obtener resultados precisos que puedan utilizarse en ingeniería.
El día marciano (período de rotación) es unos 40 minutos más largo que el de la Tierra, y un año equivale a unos 687 días terrestres. Sin embargo, en el pasado, la comprensión de "cuánto más rápido o más lento es un segundo en Marte que un segundo en la Tierra" todavía era muy vaga. La desviación base diaria del nuevo artículo de 477 microsegundos y un rango variable de aproximadamente 226 microsegundos durante un año marciano proporcionan un modelo calculable y predecible para esta "diferencia de zona horaria interestelar". Los resultados de la investigación se publicaron en el "Astronomical Journal" y son un paso importante para que el NIST extienda el estándar de tiempo relativista a estrellas más distantes después de proponer un método de sincronización preciso para la luna en 2024.
El equipo de investigación científica señaló que estas pequeñas diferencias serán cruciales en los futuros sistemas de comunicación y navegación en el espacio profundo, porque los requisitos de precisión de sincronización horaria de las modernas redes de comunicación de alta velocidad han alcanzado el nivel de microsegundos o incluso submicrosegundos. Por ejemplo, las redes 5G requieren una coherencia de reloj de una décima de microsegundo. La comunicación inalámbrica actual entre la Tierra y Marte está limitada por la distancia entre ambos. El retraso de la señal unidireccional varía desde unos pocos minutos hasta más de 20 minutos. Para decirlo en sentido figurado, se parece más a la "era anterior al telégrafo", cuando se utilizaban barcos para transportar cartas de un lado a otro. Los investigadores creen que una vez que se establezca una base de tiempo unificada y precisa entre planetas, ayudará a construir una red de sincronización entre planetas, haciendo que la comunicación interestelar sea casi una experiencia de "tiempo casi real" en términos de integridad de la información y capacidades de colaboración, incluso si todavía existen retrasos en la propagación.
El autor destaca que este trabajo no sólo allana el camino para el futuro despliegue de sistemas de navegación y posicionamiento en Marte, similares al GPS actual en la Tierra, sino que también tiene una importante importancia física fundamental. Al predecir y comparar con precisión los tiempos de los relojes en planetas distantes, se puede probar y enriquecer aún más el marco teórico de la teoría general de la relatividad de Einstein sobre la relación entre el tiempo y la gravedad. Los investigadores dicen que los humanos pueden tardar décadas en dejar densos surcos en la superficie de Marte, pero resolver ahora el problema de "qué hora es en Marte" ayudará a aclarar de antemano todos los detalles técnicos relacionados con el tiempo para futuras sondas, constelaciones de navegación y bases tripuladas.