Une équipe de recherche scientifique du National Institute of Standards and Technology (NIST) a récemment calculé pour la première fois systématiquement la différence de temps entre Mars et la Terre, fournissant ainsi une référence clé pour le futur système de mesure du temps extraterrestre. Une nouvelle étude publiée dans The Astronomical Journal montre qu'en moyenne, les horloges de Mars fonctionnent environ 477 microsecondes, soit un millionième de seconde, plus vite par jour que celles de la Terre. Bien que cette différence soit extrêmement faible, elle revêt une importance technique importante dans les systèmes de navigation et de communication qui reposent sur une synchronisation temporelle de haute précision.

Les recherches soulignent que ce décalage horaire n'est pas constant, mais fluctue périodiquement en fonction des changements dans l'orbite de Mars autour du soleil. En raison de la forte excentricité de l'orbite de Mars, de l'orbite circulaire non standard et des effets combinés de l'attraction gravitationnelle du soleil, de la terre, de la lune et d'autres planètes, le décalage horaire quotidien moyen au cours d'une année martienne peut varier dans une plage maximale d'environ 226 microsecondes. Les scientifiques ont également identifié des modèles de variation répétitifs plus petits associés à la période synodique, de minuscules fluctuations d'environ 40 microsecondes par jour, qui reflètent la lente accumulation et l'augmentation et la diminution des biais temporels causés par les différents arrangements géométriques des multiples corps du système solaire.

Afin de donner une estimation précise, l'équipe de recherche du NIST a systématiquement comparé Mars avec la Terre et la Lune, en se concentrant sur l'analyse de ce que l'on appelle le « temps intrinsèque relativiste ». Le temps dit intrinsèque fait référence au temps réellement mesuré par une horloge à un certain endroit dans le cadre de la théorie de la relativité d'Einstein. Cela dépend de la force du champ gravitationnel et de la vitesse des corps célestes à cet endroit. Les résultats de la recherche ont une fois de plus vérifié les prédictions fondamentales de la relativité générale : plus la gravité est forte, plus l’horloge tourne lentement ; plus la gravité est faible, plus l’horloge tourne vite. "La recherche sur la Lune et Mars n'a jamais été aussi pertinente aujourd'hui, et nous n'avons jamais été aussi proches de la vision de science-fiction d'une expansion dans toutes les parties du système solaire", a déclaré Bijunath Patla, physicien du NIST.

Contrairement à l'idée bien connue selon laquelle "un jour sur Mars dure environ 40 minutes de plus que sur Terre et une année équivaut à 687 jours terrestres", l'objectif principal de cette étude est "la vitesse du passage du temps lui-même". Selon l'hypothèse de l'équipe de recherche, si une horloge atomique de haute précision est déployée à la surface de Mars, elle fonctionnera normalement localement. Cependant, comparées à une horloge atomique placée sur Terre, les deux connaîtront une dérive temporelle lente mais continue en raison des différences de gravité et de mouvement. Cela signifie que les futurs systèmes de navigation et de communication interplanétaires doivent calculer et corriger avec précision « l’écart temporel » entre les planètes de la même manière qu’ils traitent les fuseaux horaires intercontinentaux et transversaux.

En termes de méthodes spécifiques, les chercheurs ont défini une surface de référence pour Mars et intégré les perturbations gravitationnelles du soleil, de la terre, de la lune et d'autres planètes dans un modèle unifié. Cela équivaut à introduire un quatrième corps céleste massif sur la base de la résolution du classique « problème à trois corps », ce qui complique le calcul de la dynamique du système. Ils ont d'abord décrit le mouvement de Mars avec l'orbite elliptique képlérienne idéale, puis ont superposé les effets de la gravité multi-corps, des marées solaires, etc., et ont enfin donné la correction fine du temps intrinsèque de Mars par rapport à la Terre. Ces différences temporelles intrinsèques relativistes, appelées « décalages temporels intrinsèques », constituent la base théorique de la comparaison et de l'étalonnage des horloges interplanétaires. Patla déplore : « Le travail vraiment dur était beaucoup plus compliqué que je ne le pensais au départ. »

Bien que la différence de quelques centaines de microsecondes par jour soit presque imperceptible dans la vie quotidienne, elle suffit à provoquer une accumulation d'erreurs dans les systèmes technologiques de précision. Les réseaux de communication mobile et les systèmes de navigation par satellite sur la Terre moderne reposent tous sur une synchronisation temporelle à l'échelle de la nanoseconde, voire à un niveau inférieur, pour effectuer le positionnement et la transmission des données. Pour les communications dans l’espace lointain entre la Terre et Mars, les temps de propagation actuels des signaux unidirectionnels varient d’environ 4 à 24 minutes, en fonction des positions relatives des deux étoiles sur leurs orbites respectives. Les chercheurs pensent que si un « système de temps interplanétaire » unifié et très précis peut être établi à l'avenir, il devrait réduire dans une certaine mesure la confusion et les erreurs d'appréciation dans la navigation et l'échange de données. Patla a déclaré : « Une fois la synchronisation stricte atteinte, l’expérience de communication sera aussi fluide qu’en temps quasi réel, et il n’y aura plus de perte d’informations en attendant le retour des résultats. »

L'équipe de recherche scientifique a également souligné qu'un réseau de communication interstellaire complet et mature est encore loin d'être une réalité, mais que mener désormais des recherches sur les différences de comportement temporel peut jeter une base solide pour les futurs systèmes. Neil Ashby, qui a participé à l'étude, a souligné qu'il faudra peut-être quelques décennies avant que la surface de Mars soit "couverte" des traces d'un plus grand nombre de rovers, mais qu'il est nécessaire d'étudier à l'avance les questions clés de l'établissement de systèmes de navigation sur d'autres planètes et satellites. Semblable à l’actuel système de positionnement global (GPS), ce type de futur réseau de navigation interplanétaire sera également doté d’horloges de haute précision. L'impact du champ gravitationnel de chaque corps céleste sur la fréquence d'horloge doit être analysé quantitativement à l'aide de la théorie de la relativité générale d'Einstein. néowin

Patla a en outre déclaré que cette recherche fournit non seulement la première réponse systématique à l'heure de Mars, mais enrichit également dans une certaine mesure la compréhension humaine du temps et de la relativité elle-même. "Pour la première fois, nous savons vraiment comment le temps s'écoule sur Mars dans un sens relativiste - personne n'a eu de réponse complète auparavant", a-t-il déclaré. Selon lui, ces travaux ont amélioré notre compréhension globale du « fonctionnement des horloges » et de la théorie générale de la relativité, et ont jeté les bases théoriques et techniques du futur déploiement de systèmes de navigation et de mesure du temps de haute précision sur la Lune, sur Mars et même plus loin dans l'espace lointain.