火星現(xiàn)在幾點鐘？物理學家首次給出精確答案

美國國家標準與技術研究院（NIST）的物理學家首次精確計算出“火星時間”的流逝速度，給出了一套可在地球與火星之間統(tǒng)一計時的參考方案，被認為是未來深空導航和星際通信的關鍵基礎之一。 研究顯示，相比地球，同樣的一天內，火星上的時鐘每天會快 477 微秒，而且這一差值并非恒定，會在一個火星年內隨軌道形狀和引力環(huán)境變化而在約 226 微秒范圍內上下波動。

在地球上，人類已經依靠原子鐘、衛(wèi)星系統(tǒng)和高速通信網絡，建立起極為精密的統(tǒng)一時間體系，使“現(xiàn)在幾點”成為一個可以準確回答的問題。 然而愛因斯坦的相對論表明，時間并非在宇宙中處處以同樣的速度流逝，引力強弱與運動速度都會讓鐘表走快或走慢，這給跨星球的時間同步帶來巨大挑戰(zhàn)。 NIST 科學家指出，要在火星上開展長期有人或無人活動，首先必須回答一個看似基礎卻極難量化的問題：火星上的“標準時間”究竟該如何精確定義和換算。

這項新研究以火星表面選定參考點為基準，類似地球上以海平面和赤道為零點的做法，綜合考慮了火星表面重力、軌道形狀以及太陽、地球和月球等天體的引力影響。 由于火星表面重力約為地球的五分之一，再加上火星公轉軌道更偏心、受多天體引力擾動更強，因此其時間速率變化比地球和月球復雜得多。 研究人員表示，這一“四體問題”（太陽、地球、月球和火星）的計算難度遠超預期，需要將廣義相對論的效應全面納入，才能得到可用于工程的精確結果。

火星的一天（自轉周期）比地球長約 40 分鐘，一年約相當于 687 個地球日，但過去人們對“火星上一秒究竟比地球上一秒快或慢多少”的認知仍十分粗略。 新論文給出的每日 477 微秒基準偏差以及在火星年內約 226 微秒的可變范圍，為這種“星際時區(qū)差”提供了可計算、可預報的模型。 研究成果發(fā)表在《天文學雜志》，也是 NIST 繼 2024 年提出月球精確授時方法后，將相對論時間標準推廣至更遠星體的重要一步。

科研團隊指出，這些微小差異在未來的深空通信和導航系統(tǒng)中至關重要，因為現(xiàn)代高速通信網絡對時間同步精度的要求已經進入微秒甚至亞微秒級別，例如 5G 網絡就要求在十分之一微秒量級內保持時鐘一致。 目前地球與火星之間的無線通信受限于兩者間距，單程信號延遲在數(shù)分鐘到二十多分鐘不等，形象地說，更像“電報前時代”依靠船只往返運送書信。 研究人員認為，一旦建立起行星之間統(tǒng)一、精確的時間基準，將有助于構建跨行星的同步網絡，使星際通信在信息完整性和協(xié)同能力上接近“準實時”體驗，即便傳播延遲仍然客觀存在。

作者強調，這項工作不僅為未來在火星部署導航與定位系統(tǒng)鋪路——類似今日地球上的 GPS，還具有重要的基礎物理意義。 通過對遠距行星上鐘表走時的精確預測和對比，可進一步檢驗和豐富愛因斯坦廣義相對論關于時間與引力關系的理論框架。 研究人員表示，人類可能要幾十年后才會在火星表面留下密集的車轍，但現(xiàn)在就解決“火星幾點鐘”的問題，有助于為未來的探測器、導航星座以及載人基地預先厘清所有與時間相關的技術細節(jié)。