Die Vorhersagen von Einstein haben sich bewahrheitet: Der Mars hat nun bestätigt, dass die Zeit auf dem Roten Planeten nicht gleich verläuft wie auf der Erde. Diese Entdeckung hat weitreichende Folgen für die zukünftige Erforschung des Mars.
Die Notwendigkeit einer präzisen Zeitmessung auf dem Mars
Um die Synchronisation der Kommunikation bei zukünftigen Marsmissionen zu gewährleisten, war es essentiell, genau zu verstehen, wie die Zeit auf dem Planeten tatsächlich vergehen kann. Forscher haben nun die Grundlagen für ein zuverlässiges Messsystem gelegt, das an die besonderen gravitativen Bedingungen des Mars angepasst ist.
Die Zeit, die wir als Sekunde bezeichnen, ist keine universelle Größe. In der Ferne von unserem Planeten wird diese vertraute Einheit durch Gravitation und Bewegung deformiert. Bisher konnte jedoch niemand mit Sicherheit bestimmen, wie viel die Zeit auf dem Mars von der auf der Erde abweicht. Eine Gruppe von Physikern hat nun diese Phase erreicht und ein winziges, aber entscheidendes Zeitabweichungsverhältnis aufgezeigt.
Warum die Zeit auf verschiedenen Planeten unterschiedlich vergeht
Auf der Erde leben wir in einem gravitativen Umfeld, das wir mit extrem präzisen Uhren messen konnten. Diese Instrumente, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basieren, ticken in einem stabilen, jedoch ortsgebundenen Rhythmus. Dieses Tempo verändert sich jedoch, sobald man sich von der Erde entfernt. Einstein wusste dies: Die Gravitation verlangsamt die Zeit. In Bereichen, in denen diese Kraft schwächer ist, laufen Uhren unmerklich schneller. Dies tritt ebenfalls auf, wenn sich ein Objekt schnell bewegt, beispielsweise ein Planet in seiner Umlaufbahn. Daher können zwei unterschiedliche Himmelskörper die gleiche Sekunde nicht genau teilen.
Diesem Konzept wollten Physiker des National Institute of Standards and Technology (NIST) für den Mars nachgehen. Unter der Kombination von allgemeiner Relativitätstheorie und Daten über planetarische Umlaufbahnen zeigten sie, dass die Zeit auf dem Mars nicht nur leicht anders verläuft, sondern auch unregelmäßig variiert. Im Gegensatz zu dem Mond, der sich auf einer nahezu kreisförmigen Bahn um die Erde bewegt, folgt der Mars einer viel elliptischeren Bahn. Dies führt dazu, dass die solare Gravitation, der er ausgesetzt ist, ständig schwankt, wodurch sich sein Zeitrhythmus täglich verändert.
Die Ergebnisse der NIST-Studie zur Zeitmessung auf dem Mars
Die Forscher haben nun zum ersten Mal präzise diese Abweichung quantifiziert. Durchschnittlich läuft eine Uhr auf der Marsoberfläche täglich um 477 Mikrosekunden schneller im Vergleich zu einer identischen Uhr auf der Erde. Dabei handelt es sich nur um einen Durchschnittswert. Die Studie, veröffentlicht im The Astronomical Journal von Neil Ashby und Bijunath Patla, zeigt, dass diese Differenz je nach Position des Mars in seiner Umlaufbahn um bis zu 226 Mikrosekunden variieren kann. Diese Daten wurden mithilfe eines relativistischen Modells gewonnen, das nicht nur den Einfluss der Sonne, sondern auch den der Erde, des Mondes und den Verlauf des Mars selbst berücksichtigte.
Diese Anpassungen sind von großer Bedeutung. Über längere Zeiträume summieren sie sich. Theoretisch würde ein Mensch, der fünfzig Jahre auf dem Mars verbringt, aufgrund dieser Zeitbeschleunigung um neun Sekunden schneller altern als ein Mensch, der auf der Erde bleibt. Diese Differenz wird zu einer sehr konkreten wissenschaftlichen Herausforderung. Das NIST stellt in seiner offiziellen Mitteilung klar, dass diese Erkenntnisse von entscheidender Bedeutung sind, um zuverlässige Navigations- und Kommunikationssysteme zwischen den beiden Planeten zu entwickeln.
Auswirkungen der neuen Zeitmessung auf die Navigation und Kommunikation im Weltraum
Diese minimale Differenz, die in der Größenordnung eines Wimpernschlags liegt, könnte ein ganzes Netzwerk entkoppeln. Beispielsweise erfordern terrestrische GPS-Systeme eine Genauigkeit im Bereich von einem Zehntel Mikrosekunde. Auf interplanetarer Ebene wird eine derart strenge Anforderung schwindelerregend. Für die NIST-Forscher eröffnet dieser Fortschritt die Möglichkeit, ein planetarisches Synchronisationsnetzwerk zu schaffen, das in der Lage ist, eine zeitliche Kohärenz zwischen den Welten mit unterschiedlichen gravitativen Rhythmen aufrechtzuerhalten.
„Es ist Zeit für den Mond und den Mars“, erklärt Bijunath Patla und hebt hervor, wie relevant diese Forschung im Kontext der sich konkretisierenden Raumfahrt-Ambitionen ist. IFLScience, das die wichtigsten Punkte dieser Studie aufgreift, weist darauf hin, dass die zeitliche Präzision ebenso kritisch sein wird wie Energie oder Antrieb in zukünftigen Marsmissionen.
Somit wird die Zeit auf dem Mars zu einem entscheidenden Element, nicht nur für die Grundlagenwissenschaft, sondern auch für die praktischsten Anwendungen. Autonome Rover, Kommunikationsrelais und intelligente Lebensräume müssen sich alle nach einem neuen Zeitreferenzpunkt ausrichten. Sollte es notwendig werden, einen Bezugspunkt für die marsianische Zeit festzulegen, müsste entschieden werden, wo auf dem Planeten dieser verankert werden soll, und auf welcher Grundlage diese neue universelle Uhr konstruiert werden soll.
