Des physiciens de l'Institut national des normes et technologies (NIST) ont calculé avec précision pour la première fois le taux de passage du « temps de Mars » et ont fourni un schéma de référence pour un timing unifié entre la Terre et Mars, considéré comme l'un des fondements clés de la future navigation dans l'espace lointain et des communications interstellaires. La recherche montre que les horloges de Mars sont 477 microsecondes plus rapides par jour que celles de la Terre, et cette différence n'est pas constante, fluctuant dans une plage d'environ 226 microsecondes au cours d'une année martienne à mesure que la forme orbitale et l'environnement gravitationnel changent.

Sur Terre, les humains se sont appuyés sur des horloges atomiques, des systèmes satellitaires et des réseaux de communication à haut débit pour établir un système horaire unifié extrêmement sophistiqué, faisant de « quelle heure est-il maintenant » une question à laquelle il est possible de répondre avec précision. Cependant, la théorie de la relativité d’Einstein montre que le temps ne s’écoule pas à la même vitesse partout dans l’univers. La force de gravité et la vitesse de déplacement feront avancer ou ralentir les horloges, ce qui pose d’énormes défis en matière de synchronisation temporelle entre les planètes. Les scientifiques du NIST ont souligné que pour mener des activités habitées ou non habitées à long terme sur Mars, nous devons d'abord répondre à une question apparemment fondamentale mais extrêmement difficile à quantifier : comment définir et convertir avec précision « l'heure standard » sur Mars.

Cette nouvelle étude utilise un point de référence sélectionné sur la surface de Mars comme référence, similaire à la pratique consistant à utiliser le niveau de la mer et l'équateur comme points zéro sur Terre, et considère de manière exhaustive la gravité de la surface de Mars, la forme de son orbite et l'influence gravitationnelle des corps célestes tels que le soleil, la terre et la lune. Étant donné que la gravité de surface de Mars est environ un cinquième de celle de la Terre et que l'orbite de Mars est plus excentrique et est soumise à de plus fortes perturbations gravitationnelles provenant de plusieurs corps célestes, ses changements de vitesse temporelle sont beaucoup plus compliqués que ceux de la Terre et de la Lune. Les chercheurs ont déclaré que le calcul de ce « problème à quatre corps » (le soleil, la terre, la lune et Mars) est beaucoup plus difficile que prévu, et que les effets de la relativité générale doivent être pleinement intégrés pour obtenir des résultats précis pouvant être utilisés en ingénierie.

Le jour martien (période de rotation) est environ 40 minutes plus long que celui de la Terre, et une année équivaut à environ 687 jours terrestres. Cependant, dans le passé, la compréhension de « à quel point une seconde sur Mars est plus rapide ou plus lente qu'une seconde sur Terre » était encore très approximative. L'écart de base quotidien du nouveau document de 477 microsecondes et une plage variable d'environ 226 microsecondes sur une année martienne fournissent un modèle calculable et prévisible pour cette « différence de fuseau horaire interstellaire ». Les résultats de la recherche ont été publiés dans "Astronomical Journal" et constituent une étape importante pour le NIST dans l'extension de l'étalon de temps relativiste à des étoiles plus lointaines après avoir proposé une méthode de chronométrage précise pour la Lune en 2024.

L'équipe de recherche scientifique a souligné que ces petites différences seront cruciales dans les futurs systèmes de communication et de navigation dans l'espace lointain, car les exigences en matière de précision de synchronisation temporelle des réseaux de communication modernes à haut débit ont atteint le niveau de la microseconde, voire celui de la microseconde. Par exemple, les réseaux 5G nécessitent une cohérence d’horloge au dixième de microseconde près. La communication sans fil actuelle entre la Terre et Mars est limitée par la distance qui les sépare. Le délai du signal unidirectionnel varie de quelques minutes à plus de 20 minutes. Pour le dire au sens figuré, cela ressemble davantage à « l’ère pré-télégraphique », lorsque les navires étaient utilisés pour transporter des lettres d’avant en arrière. Les chercheurs pensent qu'une fois qu'une base de temps unifiée et précise entre les planètes sera établie, elle contribuera à construire un réseau de synchronisation interplanétaire, rendant la communication interstellaire proche d'une expérience « quasi-temps réel » en termes d'intégrité de l'information et de capacités de collaboration, même si des retards de propagation existent toujours.

L'auteur souligne que ces travaux ouvrent non seulement la voie au futur déploiement de systèmes de navigation et de positionnement sur Mars - similaires au GPS sur Terre aujourd'hui, mais qu'ils ont également une signification physique fondamentale importante. En prédisant et en comparant avec précision les heures d'horloge sur des planètes lointaines, le cadre théorique de la théorie de la relativité générale d'Einstein sur la relation entre le temps et la gravité peut être testé et enrichi davantage. Les chercheurs affirment qu'il faudra peut-être des décennies aux humains pour laisser des ornières denses à la surface de Mars, mais résoudre le problème de « quelle heure est-il sur Mars » maintenant aidera à clarifier à l'avance tous les détails techniques liés au temps pour les futures sondes, constellations de navigation et bases habitées.