Αν ποτέ καταφέρουμε να στείλουμε επανδρωμένη αποστολή στον Άρη, τότε οι οι αστροναύτες θα πρέπει να είναι έτοιμοι για μια παράδοξη αλλαγή: θα γερνούν ελάχιστα πιο γρήγορα από ό,τι στη Γη. Μπορεί αυτό να ακούγεται σαν θεωρητική φυσική, όμως για τους επιστήμονες που προετοιμάζουν τις επόμενες διαστημικές αποστολές, αποτελεί έναν κρίσιμο γρίφο που μόλις απέκτησε τη λύση του.
Μια νέα μελέτη από φυσικούς του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ (NIST) έρχεται να προσδιορίσει με μαθηματική ακρίβεια πόσο πιο γρήγορα κυλά ο χρόνος στον Κόκκινο Πλανήτη, θέτοντας τα θεμέλια για το GPS του μέλλοντος.
Η κληρονομιά του Αϊνστάιν και η βαρυτική διαστολή
Για να κατανοήσουμε το φαινόμενο, πρέπει να ανατρέξουμε στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, η βαρύτητα δεν είναι απλώς μια δύναμη που μας κρατά στο έδαφος, αλλά μια καμπύλωση του χωροχρόνου που προκαλείται από τη μάζα. Όσο πιο μεγάλη είναι η μάζα ενός σώματος (όπως η Γη), τόσο πιο ισχυρή είναι η βαρύτητα και τόσο πιο «αργά» κυλά ο χρόνος κοντά του.
Αντίθετα, σε περιβάλλοντα με ασθενέστερη βαρύτητα, τα ρολόγια τρέχουν πιο γρήγορα. Αυτό είναι κάτι που ήδη αντιμετωπίζουμε καθημερινά: οι δορυφόροι GPS που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη, μακριά από τη βαρυτική έλξη της επιφάνειας, κερδίζουν περίπου 38 μικροδευτερόλεπτα την ημέρα σε σχέση με τα ρολόγια στο έδαφος. Αν οι μηχανικοί δεν διόρθωναν αυτή τη διαφορά, το GPS στο κινητό σας θα έχανε την ακρίβειά του κατά χιλιόμετρα καθημερινά.
Ο μαγικός αριθμός: 477 μικροδευτερόλεπτα
Στον Άρη, η κατάσταση είναι ακόμη πιο περίπλοκη. Ο Κόκκινος Πλανήτης έχει σημαντικά μικρότερη μάζα από τη Γη (περίπου το ένα δέκατο), που σημαίνει ασθενέστερη βαρύτητα στην επιφάνειά του. Επιπλέον, βρίσκεται πιο μακριά από τον Ήλιο, δεχόμενος λιγότερη βαρυτική επίδραση και από το άστρο μας.
Σύμφωνα λοιπόν με τους ερευνητές Neil Ashby και Bijunath Patla, ο συνδυασμός αυτών των παραγόντων οδηγεί σε ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα: Τα ρολόγια στον Άρη τρέχουν κατά μέσο όρο 477 μικροδευτερόλεπτα (εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου) πιο γρήγορα ανά γήινη ημέρα, συγκριτικά με τα ρολόγια στη Γη.
Για να έχουμε ένα μέτρο σύγκρισης, στη Σελήνη ο χρόνος τρέχει περίπου 56 μικροδευτερόλεπτα πιο γρήγορα ανά ημέρα σε σχέση με τη Γη. Η διαφορά στον Άρη είναι αισθητά μεγαλύτερη, κυρίως λόγω της απόστασής του από το βαρυτικό πεδίο του Ήλιου.
Ο πονοκέφαλος της πλοήγησης
Για τον μέσο άνθρωπο, τα 477 μικροδευτερόλεπτα μοιάζουν αμελητέα. Για τους υπολογιστές όμως που διαχειρίζονται την προσεδάφιση διαστημικών οχημάτων ή την πλοήγηση μελλοντικών αστροναυτών, είναι ζήτημα ζωής και θανάτου. Η ακρίβεια στον χρόνο μεταφράζεται σε ακρίβεια στον χώρο. Ένα σφάλμα μερικών μικροδευτερολέπτων μπορεί να οδηγήσει ένα διαστημόπλοιο χιλιόμετρα μακριά από τον στόχο του.
Το πρόβλημα γίνεται ακόμη πιο σύνθετο λόγω της τροχιάς του Άρη. Σε αντίθεση με τη Γη που έχει μια σχεδόν κυκλική τροχιά, ο Άρης κινείται πιο ελλειπτικά. Αυτό σημαίνει ότι η απόστασή του από τον Ήλιο μεταβάλλεται δραματικά κατά τη διάρκεια του αρειανού έτους.
Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι αυτή η «εκκεντρικότητα» της τροχιάς προκαλεί διακυμάνσεις στη ροή του χρόνου. Η διαφορά των 477 μικροδευτερολέπτων δεν είναι σταθερή, αλλά αυξομειώνεται κατά περίπου 266 μικροδευτερόλεπτα κατά τη διάρκεια του έτους.
Από τη Σελήνη στον Άρη: Το «διαπλανητικό Ίντερνετ»
Η μελέτη αυτή, που δημοσιεύθηκε στο The Astronomical Journal, δεν είναι απλώς μια άσκηση φυσικής. Αποτελεί προαπαιτούμενο για τη δημιουργία ενός «αυτόνομου διαπλανητικού συστήματος συγχρονισμού».
Η NASA και άλλοι διαστημικοί οργανισμοί εργάζονται ήδη πάνω στη δημιουργία μιας ζώνης ώρας για τη Σελήνη (Coordinated Lunar Time – LTC). Η εργασία των Ashby και Patla επεκτείνει αυτή τη λογική στον Άρη, προτείνοντας ένα πλαίσιο που θα επιτρέπει στα διαστημόπλοια και τις βάσεις να «μιλούν» την ίδια χρονική γλώσσα, χωρίς να εξαρτώνται συνεχώς από σήματα της Γης που χρειάζονται έως και 20 λεπτά για να φτάσουν.
Όπως αναφέρει χαρακτηριστικά ο Patla, βρισκόμαστε πλέον πιο κοντά από ποτέ στην υλοποίηση του οράματος της επέκτασης της ανθρωπότητας στο Ηλιακό Σύστημα. Μπορεί να περάσουν δεκαετίες μέχρι να δούμε αποικίες στον Άρη, αλλά οι «χάρτες» και τα «ρολόγια» που θα χρησιμοποιούν οι κάτοικοί τους σχεδιάζονται σήμερα.
