火星时间与地球有何差异？科学家找到答案

　　人类一直希望能在火星居住。如果人类想长期待在火星上，首先要知道该星球上的正确时间，这是建立通讯网络的基础。针对这个看起来很复杂的问题，科学家已经找到了答案。

　　美国国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）在12月1日发布的新闻稿中指出，依据著名科学家爱因斯坦的《广义相对论》（General Theory of Relativity），宇宙各地的时间并不同步。时钟的运行速度会因为周围环境的引力强度而有差异。

　　该研究所物理学家帕特拉（Bijunath Patla）表示，了解火星上的时钟如何运作是未来太空任务的基石。随着美国国家航空航天局（NASA）规划火星探测任务，了解该行星上的时间将有助于让整个太阳系的导航和通讯同步。

　　火星的时间与地球有何差异？

　　火星上一天和一年的时间都比地球长。火星的自转周期比地球长40分钟，绕太阳公转一周需要687天，而地球只需365天。但科学家需要知道，与地球相比，火星上的每一秒钟究竟过得比较快还是比较慢。

　　如果将地球上的原子钟带到火星上，它还是以相同的方式在走，但不会与地球上的原子钟同步。因此，我们需要确定火星时间与地球时间的差异，这几乎就像计算不同时区的时间差异一样。

　　这比NIST的科学家预期的棘手许多。《广义相对论》表明，引力强度会影响时间的流逝。在引力较强的地方，时钟走得较慢；在引力较弱的地方，时钟走得较快。行星的公转速度也会影响时钟的运行速度。

　　这些科学家选择火星表面的一个点作为参考点，类似地球赤道的海平面。基于多年来火星探测任务收集的资料，帕特拉和他的同事、NIST物理学家阿什比（Neil Ashby）得以估算出火星表面的引力强度仅为地球的五分之一。

　　但他们需要考虑的不仅仅是火星的引力。太阳系中还有其它质量巨大的天体，它们之间也有引力会相互影响。光是太阳的质量就占太阳系总质量的99%以上。

　　此外，火星在太阳系中的位置——它与太阳和地球、月球、木星和土星等邻近天体的距离——使其轨道更加偏心，呈椭圆形。相较之下，地球和月球的轨道稳定。月球上的时间总是比地球上的时间快56微秒（百万分之一秒）。

　　在综合考虑了火星表面引力、火星偏心轨道、太阳、地球和月球对火星的影响等因素后，帕特拉和阿什比算出了火星上的时间。就平均而言，火星上的时钟每天比地球上的时钟快477微秒。

　　477微秒听起来或许微不足道，但对于通讯网络的开发而言，能否精确控制极其微小的时间差，这至关重要。例如，5G网络的精度需要达到十分之一微秒以内。

　　目前，地球与火星之间的通讯延迟在4到24分钟之间（有时甚至更长）。帕特拉解释说，这几乎就像电报出现之前的通信方式——人们将手写的信件送到一艘横渡海洋的船上，然后等待数周甚至数月才能收到另一艘船送来的回信。

　　在算出火星的时间与地球的差异之后，科学家得以建立行星间通讯的时间框架，为建构跨越广阔距离的同步网络铺平了道路。

　　帕特拉说：“很高兴第一次了解火星上的时间如何流逝。以前没人知道这一点。这增进了我们对理论本身的知识，包括时钟的运行规律和相对论。”

　　他说：“时间的流逝是相对论的基础——我们如何感知它，如何计算它，以及什么会影响它。这些概念看似简单，但计算起来却相当复杂。”

　　上述研究成果于12月1日发表在《天文期刊》（Astronomical Journal）上。

　　火星及其两颗卫星与太阳示意图。(Shutterstock)