Natuurkundigen hebben het verschil in tijdsverloop tussen de aarde en Mars nauwkeurig gekwantificeerd, waaruit blijkt dat de tijd op de Rode Planeet ongeveer 477 microseconden sneller per dag verloopt dan op onze eigen planeet. De bevindingen, gepubliceerd in The Astronomical Journal, zijn niet louter academisch; ze zijn van cruciaal belang voor toekomstige ruimtevaart, communicatie en een dieper begrip van het universum zelf.
Relativiteit in actie
Einsteins relativiteitstheorie voorspelt dat tijd niet absoluut is, maar relatief ten opzichte van zwaartekracht en snelheid. Op aarde is dit effect subtiel maar meetbaar: klokken op grotere hoogte (zoals bovenop de Mount Everest) tikken iets sneller dan die op zeeniveau. Dit komt omdat een zwakkere zwaartekracht ervoor zorgt dat de tijd vrijer kan bewegen.
In de ruimte is het effect nog sterker. GPS-satellieten, die zich op een hoogte van ruim 20.500 kilometer boven de aarde bevinden, moeten rekening houden met een tijdsdilatatie van 45,7 microseconden om nauwkeurig te kunnen functioneren. Als dit niet gebeurt, zou de moderne telecommunicatie verlamd raken.
Het vierlichamenprobleem op Mars
Het berekenen van de tijd op Mars is complexer dan alleen rekening houden met een zwakkere zwaartekracht. De 687 dagen durende baan van de planeet rond de zon, samen met de zwaartekrachtsinvloeden van de aarde, de maan en de zon zelf, creëert wat natuurkundigen een ‘vierlichamenprobleem’ noemen. Dit is een veel grotere uitdaging dan het drielichamenprobleem (aarde, maan, zon), dat al moeilijk genoeg is om te modelleren.
Volgens NIST-natuurkundige Bijunath Patla: “Het zware tillen is een grotere uitdaging dan ik aanvankelijk dacht.” Patla en zijn collega Neil Ashby gebruikten nauwkeurige berekeningen waarbij rekening werd gehouden met de oppervlaktecondities van Mars (vergelijkbaar met het zeeniveau op aarde) en kosmische invloeden om tot het verschil van 477 microseconden te komen.
Waarom dit belangrijk is buiten de ruimtevaart
Hoewel de discrepantie klein is – minder dan een oogwenk – is het cumulatieve effect aanzienlijk. 5G-netwerken vereisen bijvoorbeeld een timingnauwkeurigheid tot op een tiende van een microseconde. Toekomstige communicatie in de diepe ruimte zal afhankelijk zijn van nauwkeurige tijdsynchronisatie om vertragingen te voorkomen. Momenteel duurt het meer dan 24 minuten om te communiceren met rovers zoals Curiosity op Mars; Een betere tijdwaarneming zou deze vertraging dramatisch kunnen verminderen.
“Als je synchronisatie krijgt, zal het bijna lijken op realtime communicatie zonder enig verlies van informatie. Je hoeft niet te wachten om te zien wat er gebeurt”, aldus Patla.
Deze berekeningen gaan niet alleen over Mars. NIST heeft vorig jaar een plan voor maantijdwaarneming uitgebracht, en de nieuwe Mars-gegevens kunnen dat systeem verbeteren. Uiteindelijk is dit werk een stap in de richting van het realiseren van de sciencefictionvisie van wijdverbreide ruimteverkenning. De fundamentele aard van de tijd zelf wordt opnieuw gedefinieerd terwijl we ons voorbereiden op uitbreiding over het zonnestelsel.
