Хронометрія на Марсі

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Час та тривалість марсіанських сезонів у порівнянні із порами року на Землі.

Для вимірювання часу на Марсі досі використовувались або пропонувались до використання різноманітні схеми, незалежні від земного часу й земних календарів.

Марс має нахил осі та період обертання, подібні до земних. Тому на планеті бувають майже такі ж, як і на Землі, пори року — весна, літо, осінь та зима, а тривалість дня є наближеною до земної. Однак тривалість року на Марсі є майже вдвічі довшою, ніж на Землі, а ексцентриситет орбіти — значно більший, а це, між іншим, означає, що тривалість різних пір року на Марсі може дуже відрізнятись, а сонячний час може відхилятись від годинникового часу значно помітніше, ніж на Землі.

Час доби[ред.ред. код]

Середня тривалість марсіанської зоряної доби становить 24 год 37 хв 22.663 сек (якщо брати за основу систему одиниць вимірювання СІ), а тривалість сонячного дня (для означення якого часто вживають термін сол, від англ. solar — «сонячний») становить 88 775.24409 секунд, або ж 24 год 39 хв 35.24409 сек. Вказані величини для Землі дорівнюють 23 год 56 хв 4.0916 сек та 24 год 00 хв 00.002 сек, відповідно. Таким чином, можна утворити співвідношення доба/сол, яке дає конвертоване значення — 1.0274912510 діб/сол. Іншими словами, марсіанська сонячна доба всього-лиш на 2,7% довша, аніж земна.

Віддавна при роботі із космічними апаратами на поверхні Марса та пов'язаними із ними проектами прийнято стежити за ходом місцевого сонячного часу, використовуючи при цьому 24-годинний «марсіанський годинник», години, хвилини та секунди якого є на 2,7% тривалішими, аніж їх стандартні (земні) відповідники. Під час праці із такими місіями й апаратами, як Mars Pathfinder, Mars Exploration Rover, Фенікс та Марсіанська наукова лабораторія, команди операторів працювали на «марсіанському часі», при якому робочий графік був синхронізований із місцевим часом тієї місцевості, у якій апарат здійснив посадку на поверхні Марса, при чому земний час був знехтуваний. В результаті такого підходу графік кожної команди зміщувався приблизно на 40 хвилин кожного дня. Наручні годинники, скориговані для роботи із марсіанським часом замість земного, використовувалися багатьма учасниками команди MER (Mars Exploration Rover).[1][2]

Місцевий сонячний час має вирішальний вплив на планування щоденної діяльності марсіанських лендерів. Денне світло необхідне для сонячних панелей наземних космічних апаратів. Температура на поверхні різко зростає та спадає під час сходу та заходу сонця, оскільки Марс не має такої густої атмосфери та океанів, як Земля, які могли б пом'якшити такі температурні коливання.

Було запропоноване використання для Марса альтернативних годинників, однак жодна космічна місія не погодилася використовувати будь-який із них. До таких систем вимірювання часу належить, зокрема, метричний час із такими одиницями, як «мілідень» та «сантидень», а також система подовженого дня (англ. extended day), у якій використовуються стандартні одиниці часу, однак кожна наступна доба починається після 24 год 39 хв 35 сек поточної.

Так само, як і на Землі, на Марсі практикується свій варіант вирівнювання часу, яке полягає у відображенні різниці між сонячним часом та точним (годинниковим) часом. Вирівнювання часу ілюструється аналемою. Через ексцентриситет орбіти, тривалість сонячної доби є не зовсім постійною. А зважаючи на те, що орбітальний ексцентриситет Марса є більшим, аніж ексцентриситет Землі, тривалість доби відхиляється від середнього значення значно сильніше, аніж на Землі, а тому й вирівнювання часу тут демонструє значно сильніші варіації, аніж на Землі: на Марсі Сонце може рухатись по небосхилу на 50 хвилин повільніше, або на 40 хвилин швидше порівняно з часом, який показує марсіанський годинник (на Землі відповідні цифри становлять 14 хвилин 22 секунди відставання та 16 хвилин 23 секунди пришвидшення).

Марс має нульовий меридіан, за який було прийнято той, який проходить через невеликий кратер Ейрі-0. Однак для Марса не було визначено часових поясів, які можна було б відраховувати через рівномірні інтервали від основного меридіана, як це робиться у випадку Землі. Тому досі всі наземні апарати на Марсі використовували наближене значення місцевого сонячного часу для зручності орієнтування в часі доби, як це робили колись великі міста на Землі, до того як у XIX столітті було введено стандартний час. (Два марсоходи, задіяні в рамках програми Mars Exploration Rover, використовували відмінні значення місцевого сонячного часу, різниця між якими становила приблизно 12 годин та одну хвилину.)

Треба зауважити, що сучасним стандартом вимірювання довготи на Марсі є «планетоцентрична довгота», яка вимірюється від 0º-360º на схід, і полягає у вимірюванні кутів від центру Марса. Старий метод «планетографічної довготи» полягав у вимірюванні від 0º360º на захід, при цьому використовувались координати, нанесені на карту поверхні Марса.[3]

Марсіанський координований час (MTC)[ред.ред. код]

MTC (Coordinated Mars Time) — це запропонований для Марса аналог Всесвітнього часу (UT), прийнятого на Землі. Він визначається як середній сонячний час на Марсіанському головному меридіані (тобто, у центрі кратера Ейрі-0). Скорочення MTC використовується із наміром наголосити на паралель цієї системи вимірювання часу із земним Всесвітнім координованим часом (UTC), однак це не зовсім коректно: єдине, що вирізняє час UTC з-поміж всіх інших видів UT — це наявні в його системі високосні секунди, тоді як MTC не використовує жодної такої схеми. Якщо шукати аналогії, то MTC більш наближений до земного UT1.

Використання терміну «MTC» у значенні назви планетарного стандарту часу для Марса вперше відбулося на добовому годиннику Mars24[4], налаштовуванням якого займався Інститут космічних досліджень Ґоддарда, NASA. Цей новий термін став заміною для попереднього — «Середній час за Ейрі» (Airy Mean Time, AMT), який був, по суті, прямим відповідником Середнього часу за Гринвічем (Greenwich Mean Time, GMT). В астрономічному контексті, «GMT» — це застаріла назва Всесвітнього часу (Universal Time), або ж, якщо конкретизувати, то UT1.

AMT досі ще не був застосований як система вимірювання часу для офіційної космічної місії. Це спричинено частково тим, що існує певна похибка у визначенні точного місця розташування кратера Ейрі-0 (його позиція відносно інших значень довготи), а це означало, що орієнтування на AMT не дозволило б визначати час настільки точно, як орієнтування на місцевий час у тих точках на поверхні планети, у яких проводилась дослідна діяльність. На початковому етапі місій Mars Exploration Rover позиційна похибка у визначенні місця розташування Ейрі-0 відповідала приблизно 20-секундній похибці у визначенні часу за AMT.

Часові пояси[ред.ред. код]

Кожна місія з висадкою на поверхню Марса використовувала свої власні часові пояси, які відповідали усередненому місцевому сонячному часу в місці висадки. На сьогодні, із шести успішних висадок на Марс, п'ять застосовували як часовий орієнтир місцевий середній сонячний час (LMST, від англ. local mean solar time) для місця, у якому перебував наземний космічний апарат, тоді як шоста висадка (Mars Pathfinder) використала місцевий дійсний сонячний час (LTST, від англ. local true solar time).[5][6]

Mars Pathfinder використовував місцевий очевидний сонячний час у точці приземлення. Його часовий пояс був AAT-02:13:01, де AAT — це дійсний час за Ейрі (англ. Airy Apparent Time), тобто очевидний сонячний час у кратері Ейрі-0.

Два марсоходи, відправлені на Червону Планету в ході місії Mars Exploration Rover, не використовують справжнього значення LMST у місці висадки. Для зручності у подальшій діяльності марсоходів цієї місії, для них було визначено шкалу часу, яка дозволила налаштувати годинники, що мали використовуватись на кожному окремому марсоході таким чином, щоб їхні покази відповідали значенню очевидного сонячного часу в точці, розміщеній приблизно на половині номінального запланованого 90-солового шляху місії. У плануванні місій така часова схема окреслюється терміном «гібридний місцевий сонячний час» (англ. Hybrid Local Solar Time). Такі шкали часу є цілісними з точки зору середнього сонячного часу (фактично, кожна з них є середнім часом для певної довготи), і не потребують корекції разом з тим, як марсохід подорожує. (Марсоходи від'їжджають на відстані, які відповідають кількасекундному зміщенню відносно місцевого сонячного часу.) «Спіріт» використовує AMT+11:00:04. Середній час у місці його висадки — AMT+11:41:55. «Опортьюніті» використовує AMT-01:01:06. Середній час у місці його висадки — AMT-00:22:06. Жоден з цих марсоходів не зможе досягти довготи, у якій час, прийнятий для місії, зрівняється із місцевим середнім часом. З науковою метою використовується місцевий дійсний сонячний час (LTST).

Місцевий час марсохода «К'юріосіті» — AMT+09:09:46.

Зважаючи на те, що місце розташування кратера Ейрі-0 зараз відомо з набагато більшою точністю, аніж було відомо тоді, коли на Марсі висадилися всі згадані марсоходи, стає технічно можливим використовувати у майбутніх місіях зручну часову схему із прив'язкою до Середнього часу за Ейрі (Airy Mean Time), замість того, щоб вживати з цією ж метою цілковито нестандартні часові пояси.

Сол [ред.ред. код]

Термін сол (англ. sol) використовується планетарними астрономами для означення тривалості сонячної доби (англ. solar day) на Марсі.[7] Тривалість середньої сонячної доби на Марсі, або ж «сола», становить 24 години, 39 хвилин і 35.244 секунд.[6]

Коли космічний апарат розпочинає працю на поверхні Марса, марсіанські дні (соли), що минають, відслідковуються із застосуванням простого числового послідовного підрахунку. Дві наземні місії «Вікінга», Mars Phoenix, а також марсохід «К'юріосіті» Марсіанської наукової лабораторії позначають сол, у який марсохід кожної із цих місій висадився на марсіанській поверхні як «Сол 0» («Sol 0»), тоді як Mars Pathfinder та два марсоходи місії Mars Exploration rover визначили час приземлення як «Сол 1» («Sol 1»).[8]

Хоча місії із висадкою марсоходів двічі відбувались парами, не було зроблено жодного зусилля з метою синхронізації підрахунку солів для між двома марсоходами із кожної такої пари. Тому, наприклад, хоча «Спіріт» та «Опортьюніті» були відіслані для виконання досліджень на поверхні Марса одночасно, кожен з них почав підрахунок солів (марсіанських днів) із моменту висадки, який у обидвох випадках був визначений як «Сол 1», і в результаті ці два апарати виявилися десинхронізованими в підрахунку марсіанських діб — різниця становить приблизно 21 сол. «Спіріт» та «Опортьюніті» знаходяться в довготах, різниця між якими дорівнює 179 градусів, тож в той час як для одного з них настає день, для іншого — наступає ніч, тому кожен із них працює незалежно від іншого.

На Землі астрономи часто використовують Юліанські дні — простий послідовний підрахунок днів — з метою хронометрії. Запропонованим відповідником такої системи вимірювання часу для Марса є Mars Sol Date (MSD), який є поточним послідовним підрахунком солів, який ведеться від 29 грудня 1873 року (дата народження астронома Карла Отто Лампланда). В іншому варіанті цієї системи за дату початку відліку (або епохи) пропонується обрати 1608 рік (рік винайдення телескопа). Яку б систему із цих двох не обрали, кожна з них має на меті запевнити те, що будь-які історично зафіксовані події, пов'язані з Марсом, трапилися вже після неї. Система відліку Mars Sol Date математично визначається як MSD = (Юліанські дні з використанням міжнародного атомного часу — 2451549.5 + k)/1.02749125 + 44796.0, де k — це невеличка корекція, яка дорівнює приблизно 0.00014 дня (або 12 секунд), зважаючи на непевність щодо визначення точного географічного місця розташування головного меридіана, який проходить через кратер Ейрі-0.

Термін «yestersol» (від англ. yesterday — вчора) був вперше використаний командою NASA, яка займалася дослідженнями на Марсі в ході місії MER, для означення попереднього сола (марсіанська англомовна версія слова «вчора»), і увійшло у досить широкий вжиток в межах цієї організації протягом космічної місії 2003 року — Mars Exploration Rover.[9] Це слово було підхоплене, і навіть досить часто вживалося в англомовній пресі. До інших неологізмів належать такі слова як «tosol» (від англ. today — сьогодні) та «nextersol», «morrowsol» або «solmorrow» (марсіанські відповідники англ. tomorrow — завтра).[10]

Марсіанський рік [ред.ред. код]

Тривалість часу, необхідна для того, аби завершити одне коло по орбіті навколо Сонця називається зоряним роком, і становить близько 686.98 земних сонячних днів, або ж 668.5991 солів. Через ексцентриситет марсіанської орбіти, тривалість пір року на Марсі є неоднаковою. Зважаючи на те, що сезони на Марсі змінюються від рівнодення до сонцестояння і навпаки, сезон, який починається у точці сонцестояння Ls 0 і закінчується у точці рівнодення Ls 90 (весна у північній півкулі / осінь у південній півкулі) — є найдовшим сезоном, що триває 194 марсіанські соли, тоді як сезон від Ls 180 до Ls 270 (осінь у північній півкулі / весна у південній півкулі) є найкоротшим сезоном, що триває лише 142 марсіанські соли.[11] Одна загальновживана система відліку часу в науковій літературі визначає порядковий номер року, беручи за точку відліку весняне рівнодення 11 квітня 1955 року, яке визначається як Марсіанський рік 1 (Mars Year 1, MY1).[12]

Так само, як і на Землі, зоряний рік не є тією одиницею часу, яка могла б задовольнити потреби при веденні календаря. Для цього більш підходить тропічний рік, який, найімовірніше, й буде використовуватись, оскільки він більше корелює зі зміною пір року. Він є дещо коротшим, аніж зоряний рік, зважаючи на прецесію осі обертання Марса. Цикл прецесії для Марса становить 93 000 марсіанських років (близько 175 000 земних), а тому є набагато довшим, аніж цикл прецесії Землі. Його тривалість у тропічних роках може бути вирахувана шляхом ділення різниці між зоряним та тропічним роками на тривалість тропічного року.

Тривалість тропічного року залежить від обраної точки відліку, відповідно до Другого закону планетного руху Кеплера. Його можна вимірювати або відносно рівнодення, або відносно сонцестояння, або ж це може бути середнє значення різних ймовірних років, до якого входили б рік березневого (північний напрямок) рівнодення, рік липневого (північ) сонцестояння, рік вересневого (південний напрямок) рівнодення, рік грудневого (південь) сонцестояння, та інші подібні роки. Григоріанський календар використовує рік березневого рівнодення.

На Землі варіації тривалості тропічних років є незначними, натомість на Марсі вони — набагато більші. Рік весняного рівнодення на Марсі становить 668.5907 солів, літнього сонцестояння — 668.5880 солів, осіннього рівнодення — 668.5940 солів, та зимового сонцестояння — 668.5958 солів. Якщо взяти середнє значення для всього орбітального періоду — то тропічний рік становитиме 668.5921 солів. (Оскільки, як і на Землі, північна та південна півкулі Марса в один час мають протилежні пори року, точки рівнодення та сонцестояння для уточнення повинні окреслюватися півкулею: наприклад, весняне рівнодення у північній півкулі є осіннім рівноденням у південній і навпаки.)

Формула для конвертування MJD/UTC у MSD/MTC[ред.ред. код]

  • Модифіковане Юліанське датування
    • MJD = JD − 2,400,000.5
  • Всесвітній координований час
  • Марсіанське сонячне датування
    • MSD = (кількість секунд, які минули з 00:00:00 UTC 6 січня 2000 року)/88775.244 + 44795.9998
  • Марсіанський координований час
    • MTC = (MSD mod 86400) * 24[6]

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. (англ.)«Watchmaker with time to lose». MER. 08-01-2004. 
  2. (англ.)«After finding Mars was habitable, Curiosity Rover to keep roving». SPACE.com. 18-03-2013. 
  3. (англ.)«ESA — Mars Express — Where is zero degrees longitude on Mars?». Esa.int. 19-08-2004. Процитовано 13-07-2012. 
  4. (англ.)«NASA GISS: Mars24 Sunclock — Time on Mars». Giss.nasa.gov. 05-08-2008. Процитовано 13-07-2012. 
  5. (англ.)Allison, M., and M. McEwen A post-Pathfinder evaluation of areocentric solar coordinates with improved timing recipes for Mars seasonal/diurnal climate studies 48 Planet. Space Sci. (2000) С. 215-235. — DOI:10.1016/S0032-0633(99)00092-6.
  6. а б в (англ.)Allison, Michael (05-08-2008). «Technical Notes on Mars Solar Time». Giss.nasa.gov. Процитовано 2012-07-13. 
  7. (англ.)«NASA — Opportunity's View, Sol 959 (Vertical)». Nasa.gov. Процитовано 13-07-2012. 
  8. (англ.)«Phoenix Mars Mission — Mission — Mission Phases — On Mars». Phoenix.lpl.arizona.edu. 29-02-2008. Процитовано 13-07-2012. 
  9. (англ.)Rusch, Elizabeth (2012). The Mighty Mars Rovers: The Incredible Adventures of Spirit and Opportunity. ISBN 9780547822808. 
  10. (ісп.)Martinez-Frias, Jesus (28-09-2002). «Marte: “yestersol”, “tosol” y “solmorrow”». El Mundo (Мадрид, Іспанія: Unidad Editorial S.A.). Процитовано 23-04-2014. 
  11. (англ.)J. Appelbaum, G. A. Landis, Solar Radiation on Mars-- Update 1991, NASA Technical Memorandum TM-105216, September 1991 (also published in Solar Energy, Vol. 50 No. 1 (1993)).
  12. (англ.)Clancy, R. T.; Sandor, B. J.; Wolff, M. J.; Christensen, P. R.; Smith, M. D.; Pearl, J. C.; Conrath, B. J.; Wilson, R. J., An intercomparison of ground-based millimeter, MGS TES, and Viking atmospheric temperature measurements: Seasonal and interannual variability of temperatures and dust loading in the global Mars atmosphere // Journal of Geophysical Research, 105 (E4) (2000).

Посилання[ред.ред. код]