NIST revela que relógios em Marte ganham 477 microssegundos por dia

Pesquisas feitas por dois físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), nos Estados Unidos, indicam que, em média, relógios em Marte avançam 477 milionésimos de segundo (ou 477 microssegundos) por dia quando comparados a relógios na Terra.

Mesmo sendo uma diferença pequena, ela pode tornar-se decisiva sempre que for necessário sincronizar o tempo entre a Terra, a Lua e Marte com precisão de frações de segundo.

Relatividade geral e dilatação temporal gravitacional

A teoria da relatividade geral de Einstein descreve como o tempo é influenciado pela massa, produzindo o fenómeno chamado dilatação temporal gravitacional. Visto por um observador externo, um relógio sujeito a um campo gravitacional relativamente forte marca o tempo mais devagar do que o relógio no pulso desse observador.

Da mesma forma, num campo gravitacional mais fraco, a duração de cada segundo é menor do que a dos segundos contados por quem está sob maior influência gravitacional.

Um exemplo prático aparece nos relógios atómicos a bordo de satélites de GPS: eles correm mais depressa do que os relógios na superfície terrestre, porque a mudança (muito subtil) da gravidade na órbita média da Terra, somada ao efeito da aceleração na dilatação temporal, resulta numa diferença líquida de 38 microssegundos por dia.

Do GPS à Lua: padrões de tempo fora da Terra

Os cientistas do NIST Neil Ashby e Bijunath Patla propuseram agora um sistema de cronometria de alta precisão voltado para Marte.

Antes disso, os físicos já tinham estabelecido um padrão de marcação do tempo para a Lua, análogo ao Tempo Universal Coordenado (UTC) na Terra - referência mundial de cronometria. Usado por astrónomos e pela Rede de Espaço Profundo (DSN), o UTC atinge precisão de cerca de 100 picossegundos por dia; um picossegundo corresponde a um trilionésimo de segundo.

Na superfície lunar, o tempo avança 56 microssegundos mais rápido do que na Terra, devido a fatores principais como a massa do próprio satélite e a interação gravitacional entre o Sol, a Terra e a Lua.

Relógios em Marte e o cálculo do NIST (477 microssegundos por dia)

Para Marte, porém, a medição torna-se mais difícil do que no caso lunar, como explica Patla: "Um problema de três corpos é extremamente complicado. Agora estamos lidando com quatro: o Sol, a Terra, a Lua e Marte."

A gravidade na superfície de Marte é bem mais fraca do que a gravidade na superfície terrestre, porque o planeta tem cerca de um décimo da massa da Terra. Com base em dados recolhidos por missões a Marte, Ashby e Patla estimam que a gravidade superficial marciana seja cinco vezes mais fraca do que a terrestre.

Além disso, Marte está a cerca de 1,5 unidades astronómicas (UA) do Sol, enquanto a distância Terra–Sol é de 1 UA. Como a atração gravitacional diminui com a distância segundo a lei do inverso do quadrado, Marte encontra-se sob um potencial gravitacional do Sol mais fraco.

O cenário complica-se ainda mais porque a órbita de Marte é muito mais excêntrica do que a da Terra, o que faz o planeta passar por variações maiores no potencial gravitacional ao longo do seu percurso.

Assim, apesar de os relógios marcianos adiantarem 477 microssegundos em relação aos relógios terrestres, em média, essa diferença oscila ao longo de um ano marciano, diminuindo ou aumentando em 266 microssegundos por dia.

O ano em Marte também é consideravelmente mais longo do que o ano terrestre: o planeta leva 687 dias para completar uma volta em torno do Sol. O dia marciano é maior, igualmente, já que o planeta vermelho precisa de mais 40 minutos para concluir uma rotação completa sobre o próprio eixo, em comparação com a Terra.

Por que isso importa para missões e navegação

Definir estruturas temporais tão precisas e que possam escalar é crucial para futuras operações em Marte, incluindo um pouso humano histórico e decisivo.

Nas palavras de Ashby: "Pode levar décadas até que a superfície de Marte fique coberta pelas marcas de robôs exploradores errantes, mas já é útil estudar as questões envolvidas no estabelecimento de sistemas de navegação noutros planetas e luas."

Enquanto isso, a marcação do tempo fora da Terra será essencial para sustentar comunicações, posicionamento e navegação nas missões lunares planeadas tanto por entidades comerciais quanto por programas espaciais nacionais.

Por esse motivo, expandir uma infraestrutura de cronometria além do ambiente Terra–Lua e desenvolver uma estrutura de "sincronização temporal interplanetária autônoma" é uma meta indispensável - e este trabalho representa um passo importante para a exploração espacial.

Patla sublinha a relevância do avanço: "O momento é ideal para a Lua e Marte. Esta é a vez em que mais nos aproximámos de concretizar a visão de ficção científica de expandir-nos pelo Sistema Solar."

Esta pesquisa foi publicada no Jornal Astronômico.