Para los humanos que sueñan con la vida en Marte, hay una pregunta muy básica pero que a menudo se pasa por alto: ¿qué hora es en Marte? La respuesta científica a esta pregunta ha sido obtenida por primera vez por físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST).
En la Tierra, un sofisticado sistema que combina relojes atómicos, satélites GPS y redes de comunicación de alta velocidad mantiene la hora con precisión. Pero tal precisión deja de ser válida en el momento en que abandonamos la Tierra. Esto se debe a que, como demostró Einstein, el tiempo no fluye a la misma velocidad en todas partes del universo.
De hecho, la velocidad del reloj cambia en función de la fuerza de la gravedad y otros factores: avanza más despacio donde la gravedad es más fuerte y más rápido donde es más débil. Para planificar una expedición tripulada a Marte, es esencial comprender con precisión este cambio relativista del tiempo.
"Esto es exactamente lo que la humanidad necesita ahora que vamos a ir a la Luna y a Marte", explica Vijnath Patra, del NIST, quien dirigió la investigación. "Este es el momento en que estamos más cerca que nunca de hacer realidad la ciencia ficción de expandirnos por todo el sistema solar".
¿Qué hora es en Marte?
La gravedad de Marte es solo un 38% (algo menos de un tercio) de la de la Tierra, pero su potencial gravitatorio (energía potencial gravitatoria por unidad de masa), que afecta a la forma en que avanza el reloj, es aún menor, una quinta parte del de la Tierra. Los cálculos del equipo muestran que los relojes de Marte avanzan una media de 477 microsegundos (millonésimas de segundo) al día más rápido que los de la Tierra. Esto es solo una milésima parte del tiempo que se tarda en parpadear, pero para la tecnología de comunicaciones moderna no es nada desdeñable.
Por ejemplo, los sistemas de comunicación 5G en la Tierra requieren una precisión de sincronización extremadamente alta, de una décima de microsegundo. Para construir una red de comunicaciones interplanetaria, es necesario compensar con precisión estas diminutas diferencias de tiempo.
Además, este desajuste no es constante. La órbita de Marte es más alargada que la de la Tierra, con una excentricidad extremadamente grande de 0.093, que indica el grado de elipticidad de la órbita, frente al 0.017 de la Tierra. Como consecuencia, la distancia al Sol varía enormemente, y el efecto de la gravedad cambia en consecuencia.
Como resultado, la velocidad de avance del reloj puede variar hasta 226 microsegundos por día a lo largo de un año marciano (aproximadamente 1.88 años terrestres). Además, también se sabe que el propio desplazamiento del reloj fluctúa dentro de un rango de unos 40 microsegundos por día durante el ciclo de aproximadamente 15.8 años de cambios en la relación posicional entre la Tierra y Marte.
Cabe señalar que si se colocara un reloj en la Luna, avanzaría 56 microsegundos al día más rápido que en la Tierra, pero la variación no sería tan grande como en Marte. Esto se debe a que la Tierra y la Luna tienen órbitas relativamente estables. Marte, en cambio, está sometido a un entorno dinámico más complejo que otros cuerpos del sistema solar.
La masa del Sol representa más del 99% de la masa total del sistema solar, y su gravedad gobierna el movimiento del planeta. Marte se encuentra a una media de 1.52 au (au: unidad astronómica; 1 au es la distancia entre la Tierra y el Sol) del Sol y también está sometido a las influencias gravitatorias de cuerpos circundantes como la Tierra, la Luna, Júpiter y Saturno. Todos estos factores están intrincadamente entrelazados y determinan el flujo del tiempo en Marte.
Para hacer posible este complejo cálculo, los investigadores establecieron un punto de referencia (aleoide) en la superficie marciana que se corresponde con el geoide terrestre (una superficie con igual energía potencial debida a la gravedad de la Tierra) y estimaron la gravedad superficial de Marte utilizando los datos obtenidos en las misiones a Marte.
A continuación, se integraron el movimiento orbital de Marte y los efectos gravitatorios del Sol, la Tierra y la Luna para calcular el desplazamiento temporal relativista. Los cálculos incorporan no solo una simple aproximación de la órbita kepleriana, sino también los efectos de las fuerzas de marea debidas al Sol sobre los movimientos de la Tierra y la Luna. Esta fórmula precisa ha logrado reducir considerablemente el error en comparación con el almanaque celeste de gran precisión de la NASA.
Hacia la realización de un internet del sistema solar
Actualmente, los mensajes enviados entre la Tierra y Marte tardan entre cuatro y 24 minutos en llegar, a veces incluso más. Patra compara esta situación con los días anteriores a la invención del telégrafo. Era una época en la que las cartas escritas a mano cruzaban los océanos en barco y se tardaba semanas o meses en recibir una respuesta.
Si se consigue establecer un marco fiable de cronometraje interplanetario, la construcción de una red de comunicaciones sincronizada en todo el sistema solar será una realidad. Un sistema totalmente sincronizado permitiría una comunicación casi en tiempo real con una pérdida mínima de información.
"No habrá que esperar a ver qué pasa", señala Patra. Las redes interplanetarias totalmente sincronizadas y los asentamientos humanos permanentes en Marte pueden estar aún muy lejos. No obstante, estudiar ahora estos retos de sincronización es crucial para que los científicos puedan anticiparse a los obstáculos a los que se enfrentarán en el futuro, indica Neil Ashby, del NIST.
Aunque pasarán décadas antes de que la superficie de Marte esté cubierta de surcos de rover, es importante considerar ahora los retos de establecer sistemas de navegación en otros planetas y lunas. Estos sistemas dependerán de relojes tan precisos como el GPS. Y el efecto de los relojes sobre la velocidad a la que avanzan puede analizarse mediante la teoría de la relatividad general de Einstein.
Patra cree que este logro también supondrá avances en la ciencia básica. Y es que medir cómo se comporta el tiempo en mundos distantes puede conducir a una prueba de la propia relatividad. El paso del tiempo es un concepto fundamental de la relatividad, y entenderlo es una tarea sencilla pero en realidad muy compleja.
(Editado por Daisuke Takimoto)
Artículo originalmente publicado en WIRED Japón. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.