|
Марсианским колонистам понадобятся новые часы
|
|
|
|
Мы считаем атомные часы незаменимыми хронометристами. Они известны своей точностью до пикосекунды. К сожалению, они все еще подчиняются общей теории относительности, поэтому, если вы поместите их на другую планету, они будут отслеживать время немного быстрее или медленнее, чем на Земле, в зависимости от силы тяжести планеты. В случае с Марсом, атомные часы на его поверхности расположены в несколько более мелком гравитационном поле, что означает, что время там течет немного быстрее. Поэтому, поскольку мы начинаем расширять наше технологическое присутствие на красной планете, нам понадобится способ стандартизировать способы измерения времени на этой планете. Доктор Слава Турышев, исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА, предлагает именно такую структуру в новой статье, доступной на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Он вводит то, что он называет ареоцентрическим координатным временем (TCA) — марсианский эквивалент геоцентрического координатного времени (TCG) и его французского происхождения. Привязывая хронометраж на Марсе к формализму Барицентрической небесной системы отсчета / барицентрического координатного времени (BCRS/TCB) Международного астрономического союза (IAU), который стандартизирован Международным астрономическим союзом (IAU), эта новая статья устанавливает математическую цепочку от наручных часов астронавта на Марсе до центра Солнечной системы.
|
|
|
|
|
|
|
Однако ни один метод хронометрирования не является идеальным на 100%. Физические эффекты всех форм и размеров могут оказывать (хотя и незначительное) влияние на восприятие времени часами. Чтобы учесть это, Турышев игнорирует эффекты, которые изменяют время на часах менее чем на 5x10-18, или накопленную ошибку в 0,1 пикосекунды. Это абсурдный уровень точности — с точки зрения перспективы, именно столько времени требуется свету, самому быстрому веществу во Вселенной, чтобы преодолеть расстояние в 0,03 миллиметра.
|
|
|
|
Экстраполирование полученных результатов на различные области вокруг Марса показывает мощь этой новой системы. Спутник, работающий на низкой Марсианской орбите (эквивалент низкой околоземной орбиты, на которой сейчас находятся многие наши спутники связи), будет иметь часы, которые будут работать на 4,56 микросекунды в день медленнее, чем у спутника, находящегося на поверхности Марса, из-за экстремальной орбитальной скорости, необходимой для поддержания его 300-километровой (186 миль) высота над уровнем моря. Хотя в краткосрочной перспективе это может показаться несущественным, в долгосрочной перспективе при любых усилиях по колонизации эти цифры начинают накапливаться.
|
|
|
|
Для космических аппаратов, находящихся еще дальше, например, на ареостационарной орбите, более низкие орбитальные скорости и пониженная гравитация самой планеты позволяют часам на борту этих космических аппаратов тикать быстрее на 9,13 микросекунды каждый день. Но настоящая проблема при расчете разницы во времени возникает на сильно вытянутых эллиптических орбитах-ретрансляторах. Эти орбиты, на которых обычно расположены системы, подобные ретрансляторам связи, проходят вблизи полюсов планеты, а затем уходят далеко в глубокий космос. Использование традиционных методов хронометража на них просто не работает — ученым и инженерам, надеющимся сохранить точное время на такой орбите, необходимо будет учитывать надлежащее время космического аппарата на каждом этапе его движения по орбите.
|
|
|
|
Но, пожалуй, самый интересный нюанс в статье демонстрирует влияние самого Марса на гравитацию. Турышев использует модель гравитационного поля GMM-3, чтобы зафиксировать релятивистские сдвиги во времени из-за неровного рельефа планеты. Например, экваториальная выпуклость в центре Марса создает периодическую временную характеристику, составляющую около 87 пикосекунд, для спутника, проходящего на низкой высоте по его траектории.
|
|
|
|
Орбита Марса также оказывает влияние на его гравитацию и, следовательно, на время, проводимое на нем и вокруг него. У него очень эксцентричная орбита, и когда он достигает перигелия, квадрупольный прилив Солнца, который охватывает пространство вокруг планеты, становится еще более выраженным, что требует расчета точек для предотвращения навигационных ошибок как для марсоходов, так и для спутников. Даже относительно небольшое гравитационное притяжение Фобоса и Деймоса должно быть учтено, если космический аппарат приблизится слишком близко к одному из спутников Марса.
|
|
|
|
Однако погода является главным фактором, определяющим марсианское время. На Марсе существует огромный цикл образования углекислого газа, при котором CO2 замерзает зимой и оседает на полярных ледяных шапках, а затем сублимируется летом и возвращается в атмосферу. Эта массовая сезонная миграция газа фактически изменяет гравитационное поле планеты, что снова влияет на ход времени в различных регионах. К сожалению, по словам Турышева, мы недостаточно знаем об этих сезонных сдвигах, чтобы точно учитывать их в наших усилиях по хронометражу, поэтому, по крайней мере, на данный момент, по-настоящему точный хронометраж с точностью до субпикосекунды на Марсе остается невозможным.
|
|
|
|
В любом случае, создание такого массива данных никогда не входило в цель данной статьи. Она была предназначена для того, чтобы наметить некоторые варианты и предоставить математические рабочие процессы для построения эфемерид марсианского времени. Хотя может пройти еще некоторое время, прежде чем нам действительно понадобится использовать возможности, которые предоставит нам такая платформа, лучше начать сейчас, чем смириться с этим только после того, как несоответствие в понимании времени приведет к сбою системы — удачи в объяснении этой ошибки спонсорам проекта. миссия.
|
|
|
|
Источник
|
