Não é difícil encontrar a hora exata na Terra. O nosso planeta depende de um sistema global complexo que combina relógios atómicos, satélites GPS e redes de comunicações de alta velocidade para manter tudo sincronizado.
Esta precisão não se estende naturalmente para além da Terra. Albert Einstein mostrou que o tempo não se move da mesma maneira em todo o universo. A velocidade do relógio depende da gravidade, o que significa que o relógio funciona um pouco mais devagar em gravidade mais alta e mais rápido em gravidade mais baixa. Até mesmo coordenar o tempo na Terra é difícil. Estender esta coordenação por todo o sistema solar é muito mais difícil. Para os futuros exploradores que desejam viver e trabalhar em Marte, uma questão fundamental deve primeiro ser respondida: Qual é a hora em Marte agora?
Os cientistas calcularam o tempo em Marte pela primeira vez
Físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) forneceram uma resposta clara. Os seus cálculos mostram que, em média, os relógios de Marte funcionam 477 microssegundos (milionésimos de segundo) mais rápido do que os relógios da Terra. Essa diferença não é permanente. Devido à órbita alongada de Marte e à influência gravitacional de outros corpos, a diferença horária pode variar em 226 microssegundos por dia durante todo o ano marciano.
A investigação foi publicada recentemente no The Astronomical Journal e baseia-se num estudo de 2024 no qual os cientistas do NIST delinearam a base para a medição do tempo de alta precisão na Lua.
Compreender como o tempo passa em Marte é fundamental para missões futuras, disse o físico do NIST Bijunath Patla. À medida que a NASA se prepara para uma exploração mais avançada de Marte, o tempo preciso será fundamental para a navegação, comunicação e coordenação através de distâncias planetárias.
“O momento é certo para a Lua e Marte”, disse Patla. “Este é o mais próximo que chegamos de concretizar a visão da ficção científica da expansão do sistema solar.”
Fuso horário de Marte
Marte opera em uma programação que difere da Terra em mais de um aspecto. Um dia marciano é cerca de 40 minutos a mais que um dia terrestre, e um ano marciano abrange 687 dias terrestres, em comparação com 365 na Terra. Para além destas diferenças óbvias, os cientistas precisavam de determinar se cada segundo em Marte passa ao mesmo ritmo que na Terra.
Um relógio atômico colocado na superfície de Marte funcionaria bem. O próprio relógio funcionará da mesma forma que na Terra. O problema surge quando este relógio de Marte é comparado a um relógio da Terra. Com o tempo, os dois relógios divergem. A tarefa dos cientistas era determinar exatamente quão grande se torna esta mudança, semelhante à determinação do fuso horário planetário.
Este cálculo revelou-se mais difícil do que o esperado. De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, a gravidade altera o fluxo do tempo. O relógio desacelera onde a gravidade é mais forte e acelera onde a gravidade é mais fraca. O movimento de um planeta através do espaço também afeta a passagem do tempo, com a velocidade orbital causando alterações adicionais.
Gravidade, órbitas e relatividade
Para tornar os cálculos possíveis, os investigadores do NIST escolheram um ponto de referência específico na superfície de Marte que seja comparável ao nível do mar no equador da Terra. Usando dados recolhidos durante missões plurianuais a Marte, Patla e o seu colega físico do NIST Neil Ashby estimaram que a gravidade superficial de Marte é cerca de cinco vezes mais fraca que a da Terra.
A gravidade de Marte por si só não foi suficiente para explicar o quadro completo. O sistema solar é um ambiente dinâmico repleto de objetos massivos que se atraem constantemente. O Sol contém mais de 99% da massa total do Sistema Solar e a sua influência gravitacional domina o movimento dos planetas.
A localização de Marte no sistema solar – sua distância do Sol, de seus vizinhos como a Terra, a Lua, Júpiter e Saturno – faz com que ele siga uma órbita mais alongada e excêntrica. Em contraste, a Terra e a Lua seguem caminhos relativamente estáveis. Como resultado, o tempo na Lua passa consistentemente 56 microssegundos por dia mais rápido do que o tempo na Terra.
“Mas esse não é o caso de Marte. A sua distância ao Sol e a sua órbita excêntrica ampliam as mudanças ao longo do tempo. O problema dos três corpos é muito difícil. Agora estamos a lidar com quatro: o Sol, a Terra, a Lua e Marte,” explicou Patla. “O desafio foi mais difícil do que pensei inicialmente.”
Depois de levar em conta a gravidade da superfície de Marte, o movimento orbital e os efeitos gravitacionais do Sol, da Terra e da Lua, Patla e Ashby chegaram ao cálculo final.
Abrindo caminho para a Internet do Sistema Solar
Uma diferença de 477 milionésimos de segundo pode parecer insignificante. Isso é cerca de um milésimo do tempo que leva para piscar. No entanto, essas pequenas diferenças são de grande importância na tecnologia atual. Por exemplo, os sistemas de comunicação 5G exigem precisão de até um décimo de microssegundo.
Hoje, as mensagens enviadas entre a Terra e Marte levam de quatro a 24 minutos, às vezes até mais. Patla comparou a situação à comunicação antes do telégrafo, quando cartas manuscritas cruzavam os oceanos em navios e demorava semanas ou meses para que as respostas fossem recebidas.
O desenvolvimento de uma estrutura de cronometragem interplanetária confiável poderia eventualmente permitir a criação de redes de comunicações sincronizadas em todo o sistema solar.
“O momento é o certo para a Lua e Marte. Este é o mais próximo que chegamos de concretizar a visão da ficção científica de expansão do Sistema Solar.” Biyunath Patla, física do NIST
“Quando você sincroniza, é quase como uma comunicação em tempo real, sem perda de informações. Você não precisa esperar para ver o que acontece”, disse Patla.
Preparando-se para a futura exploração de Marte
As redes interplanetárias totalmente sincronizadas permanecem num futuro distante, tal como os assentamentos humanos permanentes em Marte. Ainda assim, estudar estes desafios ao longo do tempo ajuda os cientistas a antecipar obstáculos futuros, observou Ashby.
“Podem levar décadas até que a superfície de Marte seja coberta por rastros de rovers errantes, mas agora é útil explorar os desafios da construção de sistemas de navegação em outros planetas e luas”, disse Ashby. “Tal como os modernos sistemas de navegação global, como o GPS, estes sistemas dependerão de relógios precisos, e o efeito na frequência do relógio pode ser analisado usando a teoria da relatividade geral de Einstein.”
Patla acrescentou que a pesquisa também avança a ciência básica. Medir como o tempo se comporta em mundos distantes fornece novos testes às teorias da relatividade especial e geral de Einstein.
“É bom saber pela primeira vez o que está acontecendo em Marte no tempo. Ninguém sabia disso antes. Isso melhora nosso conhecimento da teoria em si, da teoria do funcionamento do relógio e da teoria da relatividade”, disse ele. “A passagem do tempo é fundamental para a relatividade: como você o percebe, como você o calcula e o que o afeta. Podem parecer conceitos simples, mas podem ser bastante difíceis de calcular.”
