Vì sao cần đo thời gian trên Hỏa tinh

Những kế hoạch thăm dò, đặt nền móng lên Hỏa tinh vẫn còn vướng khúc mắt về chênh lệch thời gian, nếu tính toán sai sẽ khiến tàu vũ trụ đáp lệch hướng.

Thời gian trên sao Hỏa chậm hơn trên Trái Đất 477 microgiây mỗi ngày. Ảnh: Shutterstock.

Các kỹ sư tại NASA đang gặp khó khăn trong việc đo lường thời gian trên Hỏa tinh, vì một tính toán sai cũng có thể ảnh hưởng cả bài toán. Theo tính toán công bố tháng 7 bởi hai nhà nghiên cứu Neil Ashby và Bijunath Patla, một chiếc đồng hồ trên Hỏa tinh chạy nhanh hơn trên Trái Đất 477 microgiây mỗi ngày.

Tốc độ này thậm chí còn thay đổi thêm 226 microgiây mỗi ngày, tùy theo vị trí của Hỏa tinh trên quỹ đạo quanh Mặt Trời. Đơn vị này nghe có vẻ chẳng đáng kể, nhưng rất quan trọng khi các nhà thiên văn cố gắng hạ cánh một con tàu vũ trụ, hoặc đồng bộ tín hiệu với các robot thăm dò đã có mặt trên Hỏa tinh.

Ở vận tốc ánh sáng, độ trễ chỉ 56 microgiây tương đương với khoảng 184 sân bóng đá, nghĩa là đã lệch khỏi khu vực hạ cánh hoàn toàn. Thách thức này ngoài giới hạn việc nghiên cứu hành tinh trên, cũng gây ảnh hưởng đến chương trình Artemis của NASA, nơi họ phải quản lý thời gian đồng bộ giữa Trái Đất, Mặt Trăng và Hỏa tinh cùng lúc.

Nghiên cứu cho thấy, đồng hồ trên Hỏa tinh chạy nhanh hơn trên Mặt Trăng 421,5 microgiây mỗi ngày. Việc căn chính xác tốc độ thời gian tại ba thế giới khác nhau đang là trở ngại lớn.

Theo thuyết tương đối của Einstein, các vật thể có khối lượng lớn sẽ làm cong không-thời gian, và đồng hồ sẽ chạy với tốc độ khác nhau tùy theo lực hấp dẫn và chuyển động. Điều gây rắc rối là các mô hình tính toán hiện nay lại quá đơn giản hóa.

Hầu hết phép tính trước đây đều dựa trên quỹ đạo hành tinh chỉ gồm hai vật thể, như Trái Đất với Mặt Trăng, hoặc với Hỏa tinh. Nhưng lực hấp dẫn của Mặt Trời cũng tạo ra “thủy triều Mặt Trời” (solar tides), nhiễu loạn ảnh hưởng đến cách các hành tinh và vệ tinh di chuyển trong không-thời gian, và làm thay đổi kết quả tính toán các mô hình trước đây.

Phép tính mới của Ashby và Patla sau khi thêm yếu tố thủy triều Mặt Trời đã tăng độ chính xác gần gấp 100 lần so với các nghiên cứu trước đó, theo BGR. Sự khác biệt này đã tạo nên một mô hình đủ tin cậy để xây dựng các hệ thống then chốt cho nhiệm vụ không gian. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa tính đầy đủ ảnh hưởng của thủy triều cho mô hình khi áp dụng cho hệ Trái Đất - Hỏa tinh.

Mỗi vệ tinh GPS quay quanh Trái Đất hiện nay đều phải đối mặt với vấn đề đồng hồ trên đó chạy nhanh hơn trong điện thoại di động, vì chúng nằm xa khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất hơn. Nếu không được hiệu chỉnh, sự sai lệch sẽ lên đến hàng dặm chỉ sau vài giờ hoạt động.

Điều tương tự cũng xảy ra ở quy mô liên hành tinh, với nhiều trường hấp dẫn khác nhau nhiễu loạn từ Mặt Trời thay đổi theo thời gian, khiến độ phức tạp tăng lên theo cấp số nhân. Đây chính là thách thức các kỹ sư đang phải đối mặt khi thiết kế hệ thống định vị và liên lạc cho những dự án như sứ mệnh Mars Sample Return.

Nhà Trắng đã yêu cầu NASA xây dựng một tiêu chuẩn thời gian riêng cho Mặt Trăng, gọi là Coordinated Lunar Time (CLT), tương tự như UTC của Trái Đất. Nghiên cứu mới này đã đặt nền móng để làm điều tương tự cho Hỏa tinh.

Lần này, NASA đang lên kế hoạch xây dựng hạ tầng cố định, các chuyến tiếp tế định kỳ và cả khu định cư của con người trên Hỏa tinh. Tất cả những điều đó đòi hỏi hệ thống thời gian phản ánh chính xác thực tế vật lý, không chỉ dựa vào mô hình giản lược trong sách giáo khoa.

Các mô hình này chưa hoàn hảo, nhưng đã vượt xa những gì con người từng có. Các nhà nghiên cứu cho biết đang tiến rất gần đến độ chính xác mong muốn, và vẫn còn một bài toán nữa cần hoàn thiện.