米国立標準技術研究所（NIST）の物理学者らは、「火星時間」の通過速度を初めて正確に計算し、地球と火星の間の統一タイミングのための基準スキームを提供した。これは、将来の深宇宙航行と星間通信の重要な基盤の1つと考えられている。研究によると、火星の時計は地球に比べて1日当たり477マイクロ秒速いが、この差は一定ではなく、軌道の形状や重力環境の変化に応じて火星の1年間で約226マイクロ秒の範囲内で変動する。
地球上では、人類は原子時計、衛星システム、高速通信ネットワークを利用して非常に洗練された統一時刻システムを確立し、「今何時」という質問を正確に答えることができるようにしました。しかし、アインシュタインの相対性理論は、時間が宇宙のどこでも同じ速度で流れるわけではないことを示しています。重力の強さや動きの速さによって時計の進みが速くなったり遅くなったりするため、惑星間の時刻同期に大きな課題が生じます。 NISTの科学者らは、火星で長期の有人または無人活動を行うには、まず火星の「標準時」を正確に定義し変換する方法という、一見基本的だが定量化するのが非常に難しい質問に答える必要があると指摘した。
この新しい研究は、地球上で海面と赤道をゼロ点として使用するのと同様に、火星の表面上で選択された基準点をベンチマークとして使用し、火星の表面の重力、その軌道の形状、太陽、地球、月などの天体の重力の影響を包括的に考慮します。火星の表面重力は地球の約 5 分の 1 であり、火星の軌道は離心率が高く、複数の天体からのより強い重力擾乱を受けやすいため、その時間変化は地球や月よりもはるかに複雑です。研究者らは、この「四体問題」（太陽、地球、月、火星）の計算は予想よりはるかに難しく、工学で使用できる正確な結果を得るには一般相対性理論の効果を完全に組み込む必要があると述べた。
火星の日（自転周期）は地球の日より約40分長く、1年は地球の約687日に相当します。しかし昔は、「火星の1秒が地球の1秒に比べてどれくらい速いか遅いか」ということに対する人々の理解はまだ非常に大雑把でした。新しい論文の477マイクロ秒の毎日の基本偏差と、火星の1年間にわたる約226マイクロ秒の変動範囲は、この「星間タイムゾーンの差」の計算可能かつ予測可能なモデルを提供する。この研究結果は「天文学ジャーナル」に掲載され、NISTが2024年の月の正確な計時方法を提案した後、相対論的時間標準をより遠くの星にも拡張するための重要なステップとなる。
科学研究チームは、現代の高速通信ネットワークの時刻同期精度の要件はマイクロ秒、さらにはサブマイクロ秒のレベルに達しているため、これらの小さな違いが将来の深宇宙通信およびナビゲーションシステムにおいて重要になると指摘した。たとえば、5G ネットワークでは、10 分の 1 マイクロ秒以内のクロックの一貫性が必要です。現在の地球と火星の間の無線通信は、両者間の距離によって制限されています。片方向信号の遅延は、数分から 20 分以上の範囲です。比喩的に言えば、手紙を行き来するために船が使われていた「電信以前の時代」に似ています。研究者らは、惑星間で統一された正確な時間基準が確立されれば、たとえ伝播遅延が存在するとしても、惑星間の同期ネットワークの構築に役立ち、情報の完全性とコラボレーション機能の点で星間通信を「準リアルタイム」体験に近づけることができると考えている。
著者は、この研究が、今日の地球上の GPS に似た、火星へのナビゲーションおよび測位システムの将来の展開への道を開くだけでなく、重要な基本的な物理的意義も持っていることを強調しています。遠く離れた惑星の時計時間を正確に予測し比較することで、時間と重力の関係に関するアインシュタインの一般相対性理論の理論的枠組みをさらに検証し、強化することができます。研究者らは、人類が火星の表面に密集した轍を残すには数十年かかるかもしれないが、「火星の今何時か」という問題を今解決することは、将来の探査機、航行星座、有人基地に備えて、時間に関連するあらゆる技術的詳細を事前に明らかにするのに役立つだろうと述べている。