Einstein previu e Marte confirmou: o tempo passa de forma diferente no planeta vermelho - uma descoberta que muda o futuro da sua exploração.

Deixarão também o sentido de tempo da Terra.

Os físicos mostraram agora que um “segundo” em Marte não é exatamente o mesmo que um segundo na Terra - e essa diferença minúscula pode remodelar a forma como planeamos comunicações, navegação e a vida quotidiana de seres humanos no Planeta Vermelho.

Uma velha ideia de Einstein encontra uma nova era espacial

Há mais de um século, Albert Einstein defendeu que o tempo não é absoluto. Ele estica e encolhe consoante a gravidade e o movimento. Uma gravidade mais forte abranda os relógios. Uma gravidade mais fraca faz com que eles avancem um pouco mais depressa. Um movimento rápido tem um efeito semelhante.

Na Terra, isto não é apenas teoria. Os nossos relógios atómicos mais precisos já têm em conta a relatividade. Os satélites GPS em órbita acima de nós marcam o tempo a um ritmo diferente do dos relógios no solo. Os engenheiros corrigem continuamente esse desfasamento para que o seu telemóvel o consiga localizar com uma precisão de poucos metros.

Marte traz uma reviravolta a esta história. O planeta tem uma gravidade mais fraca do que a Terra e move-se numa trajetória mais alongada à volta do Sol. Isso significa que o tempo em Marte não só difere do tempo da Terra, como também muda de forma ligeiramente irregular à medida que o planeta percorre a sua órbita.

O tempo em Marte não está apenas desfasado em relação ao tempo da Terra; também acelera e abranda subtilmente à medida que Marte se aproxima e se afasta do Sol.

O que o estudo do NIST realmente concluiu

Uma equipa do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA (NIST) procurou quantificar este efeito com elevada precisão. Usando a relatividade geral e dados orbitais detalhados, calcularam a rapidez com que um relógio ideal marcaria o tempo em Marte em comparação com um relógio idêntico na Terra.

O resultado principal é marcante, mesmo que os números pareçam pequenos:

• Em média, um relógio à superfície marciana adianta-se em relação a um relógio terrestre idêntico em cerca de 477 microssegundos por dia.
• Este desfasamento não é fixo. Pode variar aproximadamente ±226 microssegundos consoante a posição de Marte na sua órbita.

Um microssegundo é um milionésimo de segundo. Parece trivial, quase ridiculamente pequeno. No entanto, é crucial quando os sistemas exigem uma precisão extrema, sobretudo a distâncias interplanetárias.

O trabalho do NIST modela a atração combinada do Sol, da Terra e da Lua, juntamente com a própria trajetória e rotação de Marte. Isso fornece uma estimativa realista de como os relógios se comportariam ao longo de anos de missões marcianas.

Deixe alguém em Marte durante cinquenta anos e, apenas devido a efeitos relativísticos, essa pessoa envelheceria cerca de nove segundos mais do que se tivesse permanecido na Terra.

Porque é que alguns microssegundos podem arruinar uma missão inteira

A constelação GPS da Terra oferece uma referência útil. Os satélites de navegação já exigem uma precisão temporal de uma fração de microssegundo. Um desvio de apenas um microssegundo pode traduzir-se em centenas de metros de erro de posição.

Leve isto para a escala do espaço interplanetário e o que está em jogo cresce rapidamente. Um relógio desalinhado em Marte pode deslocar a posição aparente de uma nave espacial em quilómetros, ou baralhar a sincronização de uma sequência de aterragem.

Para futuras tripulações e robots, as comunicações dependerão de sinais rigorosamente temporizados a circular entre a Terra, orbitadores de Marte e estações no solo. Qualquer deriva nos relógios acumula-se dia após dia.

Uma rede que ignore o “tic-tac” único do tempo em Marte arrisca acumular erros de sincronização suficientemente grandes para deslocar landers, confundir rovers e corromper dados científicos.

Construir de raiz um sistema de tempo marciano

Os resultados do NIST fazem mais do que confirmar Einstein. Fornecem um ponto de partida para algo muito prático: um padrão de tempo marciano dedicado, capaz de se manter sincronizado com a Terra sem correções improvisadas constantes.

Do tempo da Terra ao tempo de Marte

Atualmente, as missões a Marte gerem várias referências temporais sobrepostas: o tempo atómico baseado na Terra, os relógios a bordo das naves e o “tempo solar” local no local de aterragem, que segue o dia marciano, ou “sol”. Cada sol dura cerca de 24 horas e 39 minutos.

Os engenheiros já fazem turnos em “tempo de Marte” durante missões à superfície para acompanhar este dia mais longo. O trabalho do NIST acrescenta uma camada mais profunda: a necessidade de uma coordenada temporal totalmente relativística que ligue Marte, Terra e talvez a Lua num sistema coerente.

Esse sistema futuro poderá incluir:

• Um relógio mestre de Marte na superfície ou em órbita, definindo a escala temporal base do planeta.
• Correções relativísticas que tenham em conta a posição de Marte na sua órbita e a atração de outros corpos.
• Algoritmos de conversão que convertam automaticamente entre tempo da Terra, tempo de Marte e tempo das naves.

Escolher onde fica o “tempo zero” marciano

Uma questão discretamente política esconde-se por detrás da matemática: onde deverá situar-se, em Marte, o “meridiano principal” para a marcação do tempo, e quem decide?

Hoje, os cientistas usam um meridiano de referência que passa perto de uma pequena cratera chamada Airy-0. Um sistema civil completo para colonatos poderá reutilizá-lo, ou mudar para um local com valor estratégico ou simbólico particular: uma grande base, um posto científico, ou um centro de comunicações.

Uma vez escolhida a referência, todos os habitats, rovers e satélites terão de se alinhar com ela, de forma semelhante à maneira como os fusos horários da Terra se referenciam ao Tempo Universal Coordenado (UTC) em Greenwich.

A vida quotidiana num planeta com o seu próprio relógio

Para as pessoas a viver em Marte, o desfasamento relativístico será invisível nas rotinas diárias. Ninguém notará que o seu coração bate num planeta onde o tempo flui ligeiramente mais depressa do que na Terra.

O sol marciano mais longo terá um impacto muito mais forte. Turnos de trabalho, ciclos de sono e horas de luz solar sairão do alinhamento com o dia terrestre de 24 horas. Amigos em casa acordarão quando as equipas em Marte estiverem a terminar o turno.

Ainda assim, as diferenças escondidas de microssegundos continuam a importar “nos bastidores”. Elas moldam:

• Quanto tempo os pacotes de dados parecem demorar a viajar.
• Quando os satélites de retransmissão devem escutar e transmitir.
• Com que precisão os cientistas conseguem alinhar eventos registados em ambos os planetas.

Imagine uma tempestade de poeira a atravessar a superfície marciana enquanto uma erupção solar atinge a Terra. Para compreender como esses eventos se relacionam - e para proteger equipamento e tripulações - o controlo de missão precisa que todos os relógios concordem, ao nível de microssegundos, entre dois mundos.

Conceitos-chave que vale a pena esclarecer

Dilatação temporal gravitacional em linguagem simples

A dilatação temporal gravitacional é a ideia de que o tempo flui de forma diferente consoante a profundidade a que se está num “poço” gravitacional. Pense na gravidade como algo que estica o espaço-tempo. Mais perto de um objeto massivo, o estiramento é maior e o tempo corre um pouco mais devagar.

A superfície da Terra encontra-se mais fundo no poço gravitacional do Sol do que a superfície de Marte, e a gravidade da Terra é mais forte do que a de Marte. Assim, um relógio em Marte sente, no total, um pouco menos atração gravitacional e avança um pouco mais depressa.

Isto não é ficção científica. Relógios de precisão em aviões e no topo de montanhas já marcam o tempo a ritmos ligeiramente diferentes dos que estão ao nível do mar, exatamente como a relatividade prevê.

Órbitas elípticas e tempo “irregular”

Marte orbita o Sol numa trajetória mais alongada do que a da Terra. Em certos pontos passa mais perto do Sol; noutros, mais longe. Isso altera o ambiente gravitacional ao longo do ano marciano.

Quando Marte se aproxima do Sol, os seus relógios abrandam muito ligeiramente. Quando se afasta, aceleram novamente. Esta oscilação subtil faz parte da variação de 226 microssegundos calculada pela equipa do NIST.

Riscos e oportunidades para futuras missões

Negligenciar a temporização relativística em Marte não levaria a um desastre imediato, mas os erros ir-se-iam acumulando de forma implacável. Ao longo de meses e anos, relógios sem correção poderiam desviar trajetórias, atrasar comandos críticos ou criar problemas na fusão de dados de diferentes naves.

Por outro lado, um padrão robusto de temporização interplanetária traz benefícios claros. Pode aumentar a precisão das aterragens, reduzir a necessidade de correções manuais a partir da Terra e apoiar operações mais autónomas por parte de rovers e habitats.

Conceitos avançados, como uma versão marciana do GPS baseada numa constelação de satélites locais, só se tornam realistas quando a questão do tempo estiver bem definida. Esses sistemas poderão, um dia, guiar módulos de aterragem através da fina atmosfera marciana e ajudar astronautas a deslocarem-se em segurança por terreno desconhecido.

Acertar o tempo entre a Terra e Marte não é um jogo teórico. É uma das discretas fundações de engenharia para transformar visitas breves numa presença humana duradoura.

À medida que agências e empresas privadas esboçam missões para a década de 2030 e além, a física de um “segundo marciano” já está em cima da mesa. Einstein definiu as regras. Marte acabou de nos lembrar que elas se aplicam a todos os mundos que planeamos alcançar.