火星上的時間過得更快。科學家剛剛證明了這一點。

這種精確性並沒有超出自然世界。阿爾伯特·愛因斯坦證明，時間在宇宙中的任何地方並不是以相同的速度移動的。時鐘移動的速度取決於重力。這意味著手錶在較強的重力下運行會稍微慢一些。在重力較小的情況下速度更快。甚至協調世界各地的時間也很複雜。擴大整個太陽系的協調更具挑戰性。對於希望在火星上生活和工作的未來探險家來說，首先必須回答一個基本問題：火星上現在幾點了？

科學家首次計算出火星時間

美國國家標準與技術研究所（NIST）的物理學家現在給出了準確的答案。他們的計算表明，火星上的時鐘平均每天比地球上的時鐘快 477 微秒（百萬分之一秒）。差異不是恆定的。這是由於火星的軌道延長和其他物體的引力影響。因此，在整個火星年中，時差每天的變化可能高達 226 微秒。

這項研究最近發表在《天文學雜誌》上，以 2024 年的一項研究為基礎，NIST 科學家在該研究中概述了月球高精度計時的框架。

NIST 物理學家 Bijunath Patla 表示，在 NASA 為先進的火星探索做準備之際，了解火星上的時間如何流逝對於未來的任務非常重要。精確的計時對於行星際距離的導航、通信和協調至關重要。

“現在正是登陸月球和火星的時候，”帕特拉說。 “這是我們最接近實現跨越太陽系的科幻願景的一次。”

火星時區

火星的運行時間表在很多方面與地球不同。火星日比地球日長約 40 分鐘，火星年在地球上有 687 天，而在地球上有 365 天。除了這些明顯的差異之外，科學家還需要確定火星上每一秒的流逝速度是否與地球上相同。

放置在火星表面的原子鐘將正常運行。時鐘本身會像在地球上一樣滴答作響。將火星上的時鐘與地球上的時鐘進行比較時就會出現問題。隨著時間的流逝，兩個時鐘逐漸遠離彼此。科學家的任務是確定補償的數額。這與行星時區類似。

計算比想像的要復雜。根據愛因斯坦的相對論，重力改變了時間的流動。當重力更強時，時鐘會變慢。行星在太空中的運動也會影響時間的流逝。軌道速度會導致額外的變化。

引力、軌道和相對論

為了使計算成為可能，NIST 研究人員在火星表面選擇了特定的參考點。這與地球赤道的海平面相當。帕特拉和 NIST 物理學家尼爾·阿什比利用多年火星任務收集的數據來估計火星表面重力。大約比地球弱五倍

僅火星的引力不足以解釋整個情況。太陽係是一個充滿大量物體的動態環境，這些物體不斷地相互吸引。太陽的質量佔太陽系總質量的99%以上。引力影響影響行星的運動。

火星在太陽系中的位置與太陽的距離 地球、月球、木星和土星等鄰居迫使火星進入更長、更偏心的軌道。相反，地球和月球遵循相對穩定的路徑。因此，月球上的時間始終比地球上的時間快每天 56 微秒。

“但對於火星來說，情況並非如此。它與太陽的距離和偏心軌道使得時間變化更大。三物體問題非常複雜。我們現在要處理四個太陽、地球、月球和火星，”帕特拉解釋道。 “這項繁重的工作比我最初想像的更具挑戰性。”

考慮到火星表面的引力、軌道運動以及太陽、地球、月球引力的影響。帕特拉和阿什比隨後進行了最終計算。

為太陽能互聯網鋪平道路

百萬分之 477 秒的差異似乎微不足道。大約需要眨眼時間的千分之一。這些微小的細微差別在現代技術中非常重要：例如，5G 通信系統要求計時精度達到十分之一秒。

目前，地球和火星之間發送的消息需要 4 到 24 分鐘才能到達。有時甚至更長。帕特拉將這種情況與電報通信之前的情況進行了比較。當一封手寫的信乘船漂洋過海，需要數週或數月才能收到回复。

開發一個可靠的行星際計時框架最終可以實現整個太陽系的同步通信網絡。

“現在正是登陸月球和火星的好時機。這是我們最接近實現跨越太陽系的科幻願景的一次。” Pijunath Patla，NIST 物理學家

“如果你實現了同步。這就像實時通信一樣，不會丟失任何數據。你不必等待，看看會發生什麼，”帕特拉說。

為未來的火星探索做準備

完全同步的行星際網絡仍然是未來的事。然而，與人類在火星上永久定居一樣，研究這些時間挑戰有助於科學家預測未來的障礙，阿什比說。

“火星表面可能需要幾十年的時間才能被漫遊車的路徑覆蓋。但現在研究與在其他行星和衛星上創建導航系統相關的問題是有用的，”阿什比說。 “就像當今的全球導航系統（例如 GPS）一樣，這些系統依賴於精確的時鐘。並且可以藉助愛因斯坦的廣義相對論來分析對時鐘速率的影響。”

帕特拉補充說，這項研究還有助於推動基礎科學的發展。測量遙遠世界中的時間行為是對愛因斯坦狹義相對論和廣義相對論的檢驗。

“很高興第一次知道火星上隨著時間的推移發生了什麼。以前沒有人知道。這有助於提高我們對理論本身的了解。時鐘如何運行的理論和相對論，”他說。 “時間流逝的方式是相對論的基礎。你如何認識它，如何計算它，以及什麼影響了相對論。這些看似簡單的想法。但計算卻相當複雜。”