火星上的时间比地球跑得快，科学家刚刚证实了这一点

爱因斯坦曾证明，宇宙中时间流逝速度并非处处相同，时钟快慢会受引力影响——引力越强时钟走得越慢，反之则越快。即便在地球上协调时间都很复杂，而要在太阳系范围内实现时间协调则更具挑战。对于未来希望在火星生活和工作的探索者而言，首先必须回答一个基本问题：火星现在几点了？

### 科学家首次算出火星时间
美国国家标准与技术研究院（NIST）的物理学家给出了精确答案。他们的计算显示，火星时钟平均每天比地球时钟快477微秒（百万分之一秒）。不过这一差异并非恒定不变，由于火星轨道偏长且受其他天体引力影响，在整个火星年中，每天的时间差异最多可达226微秒。该研究近期发表在《天文学期刊》上，其基础是NIST科学家2024年发表的一项研究——当时他们提出了月球高精度计时框架。

NIST物理学家比朱纳斯·帕特拉表示，了解火星上的时间流逝规律对未来任务至关重要。随着美国国家航空航天局（NASA）准备开展更深入的火星探测，精确计时对行星间的导航、通信和协调将起到关键作用。“现在正是探索月球和火星的好时机，我们离实现科幻作品中太阳系扩张的愿景从未如此之近。”

### 火星时区
火星与地球的运行规律在多个方面都不同。一个火星日比地球日长约40分钟，一个火星年则相当于687个地球日（地球年为365天）。除了这些明显差异，科学家还需确定火星上的每一秒是否与地球上的一秒流逝速度相同。

若将原子钟放置在火星表面，它本身会正常运行，滴答频率与在地球上一致。但问题出在将火星时钟与地球时钟对比时——随着时间推移，两者会逐渐偏离。科学家的任务就是确定这种偏差的具体大小，这类似于定义一个行星时区。

事实证明，这项计算比预期更复杂。根据爱因斯坦的相对论，引力会改变时间流逝速度：引力越强时钟越慢，引力越弱时钟越快。行星在太空中的运动也会影响时间流逝，轨道速度会带来额外变化。

### 引力、轨道与相对论
为了进行计算，NIST研究人员在火星表面选取了一个特定参考点，类似于地球赤道的海平面。利用多年火星探测任务收集的数据，帕特拉和同事尼尔·阿什比估算出火星表面引力约为地球的五分之一。

但仅火星自身引力不足以解释全部情况。太阳系是一个充满大质量天体的动态环境，这些天体不断相互吸引。太阳质量占太阳系总质量的99%以上，其引力主导着行星运动。火星在太阳系中的位置（与太阳、地球、月球、木星和土星等天体的距离）使其轨道更细长、更偏心；而地球和月球的轨道则相对稳定，因此月球时间每天比地球时间稳定快56微秒。

“但火星并非如此，它与太阳的距离及其偏心轨道使时间差异更大。三体问题已经极其复杂，而我们现在要处理的是四体：太阳、地球、月球和火星。”帕特拉解释道，“这项艰巨的计算比我最初想象的更具挑战。”在考虑了火星表面引力、轨道运动以及太阳、地球和月球的引力影响后，帕特拉和阿什比得出了最终计算结果。

### 为太阳系互联网铺路
477微秒的差异看似微不足道（约为眨眼时间的千分之一），但在现代技术中，这种微小差异至关重要。例如，5G通信系统要求计时精度达到0.1微秒以内。

如今，地球与火星之间的信息传递需要4到24分钟，有时甚至更长。帕特拉将这种情况比作电报发明前的通信——手写信件靠船只跨洋传递，回复需要数周或数月。而建立可靠的行星间计时框架，最终可能实现整个太阳系的同步通信网络。“如果能实现同步，就几乎能进行实时通信，不会丢失任何信息，无需等待结果。”

### 为未来火星探测做准备
虽然完全同步的星际网络和火星永久人类定居点仍遥不可及，但阿什比指出，现在研究这些计时挑战有助于科学家预判未来的障碍。“或许几十年后火星表面才会遍布漫游车的轨迹，但现在研究在其他行星和卫星上建立导航系统所涉及的问题是有意义的。就像当前的全球导航系统（如GPS）一样，这些系统将依赖精确时钟，而时钟速率的影响可借助爱因斯坦的广义相对论进行分析。”

帕特拉补充道，这项研究还推动了基础科学的发展。测量遥远天体上的时间行为，为爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论提供了新的验证方式。“首次知道火星上的时间情况意义重大，这此前无人知晓。它增进了我们对时钟速率理论和相对论的理解。时间流逝是相对论的基础，了解其在不同天体上的表现、计算方法及影响因素，看似简单，实则计算复杂。”