物理学家量化火星时钟：每日快于地球477微秒，验证广义相对论

美国国家标准与技术研究所（NIST）的物理学家团队近期完成了一项精确量化工作，确定了地球与火星之间的时间流逝速率差异。研究结果显示，火星表面的时钟平均而言，每天比地球上的时钟快大约477微秒。这项成果于2025年12月发表在《天文学杂志》上，标志着人类在将爱因斯坦广义相对论应用于行星际场景中取得了重要进展。

该研究由NIST物理学家Bijunath Patla及其同事Neil Ashby主导，他们综合分析了多年来火星探测任务收集的数据，以推导出火星表面的引力强度，该强度约为地球的五分之一。时间加速流逝的效应源于火星表面引力较弱，尽管其轨道速度相对地球较慢，但引力因素在时间膨胀效应中占据主导地位。

研究人员指出，火星时间差异的计算比先前对月球时间差异的估算更为复杂。月球时间每天比地球快约57.5微秒，且由于月球轨道相对稳定，该时间差也较为恒定。然而，火星因其距离太阳较远且轨道偏心率较大，导致其时间偏移存在显著的波动性。综合考量火星表面引力、偏心轨道以及太阳、地球和月球等邻近大质量天体的影响后，团队确定了火星时间每日的平均领先量为477微秒，并且在一个火星年内，每日的偏移误差范围可高达226微秒。

Patla强调，精确掌握火星上的时钟运作机制是未来太空任务的基石，特别是随着美国国家航空航天局（NASA）对火星探测任务的持续推进。这种对微小时间差的量化，对于建立一个可同步的太阳系“互联网”至关重要，其精度要求可类比于地球上5G网络对时间精度在十分之一微秒以内的标准。尽管目前地火之间的通信延迟在4到24分钟不等，但精确的时间基准是实现高自主性导航和通信的前提。

这项技术上的突破不仅验证了广义相对论在太阳系尺度上的精确性，也为深空导航技术的发展提供了关键的数据支撑。过去，深空探测器的时间校准极度依赖地面系统，且器地时延不断变化，使得自主导航面临挑战。掌握火星时间流逝的规律，意味着未来的火星任务可以更依赖器载计算机自主完成大部分操控，减少对地球实时指令的依赖，从而提升任务的鲁棒性和效率。对时空差异的精细测量，是人类迈向多行星文明的关键技术环节，确保未来在火星建立的基地与地球的通信和操作能够实现跨越数十亿公里距离的精确同步。