Ile trwa doba na Marsie?

Myślisz, że dzień na Marsie trwa zupełnie inaczej niż na Ziemi? Z tego artykułu dowiesz się, ile dokładnie trwa doba na Marsie, skąd bierze się ta różnica i jak liczy się czas na Czerwonej Planecie. Poznasz też ciekawostki o marsjańskich porach roku, temperaturach i „kalendarzu” używanym przez naukowców.

Ile trwa doba na Marsie?

Najprostsza odpowiedź brzmi: doba na Marsie trwa około 24 godziny i 39 minut. Często podaje się wartość 24 godziny 37 minut lub 24 godziny 39 minut, bo źródła różnie ją zaokrąglają, ale precyzyjne pomiary pokazują, że jest to 24h39m35,244s. Różnica względem Ziemi to niespełna 40 minut, co daje około 2,7 procent dłuższy dzień niż na naszej planecie.

W astronomii i w misjach kosmicznych stosuje się specjalną nazwę na marsjańską dobę. To sol – słowo wywodzące się z łacińskiego „sol”, czyli Słońce. Sol oznacza po prostu czas między kolejnymi górowaniami Słońca nad tym samym punktem na powierzchni Marsa, tak jak ziemska doba słoneczna opisuje odstęp między dwoma południami na Ziemi.

Sol to marsjańska doba słoneczna – trwa 88 775,24409 sekund, czyli 24h39m35,244s, o około 2,7% dłużej niż ziemski dzień.

Czym różni się doba słoneczna od gwiazdowej?

Nie tylko na Ziemi, ale i na Marsie wyróżnia się dwa rodzaje doby. Doba słoneczna to ta „znana z życia codziennego” – liczona od jednego południa Słońca do kolejnego. Doba gwiazdowa jest związana z położeniem gwiazd na niebie i określa, ile czasu planeta potrzebuje, by wykonać pełen obrót względem odległych gwiazd.

Na Ziemi doba gwiazdowa trwa około 23h56m4s, czyli jest krótsza od doby słonecznej. Z Marsa płynie podobna lekcja. Marsjańska doba gwiazdowa wynosi około 24h37m22,663s, a więc jest nieco krótsza niż sol. Powód jest ten sam co u nas: w czasie jednego obrotu planeta porusza się także po orbicie wokół Słońca, więc musi „obrócić się odrobinę bardziej”, aby Słońce znów znalazło się w tym samym miejscu na niebie.

Dlaczego doba na Marsie jest dłuższa od ziemskiej?

Skąd się bierze te dodatkowe 2,7 procent? Kluczowy jest moment pędu, czyli ruch obrotowy wyniesiony jeszcze z czasów, gdy planety formowały się z dysku protoplanetarnego. Mars i Ziemia powstawały w innym otoczeniu, zderzały się z różnymi planetoidami i inaczej traciły energię obrotu pod wpływem Słońca i swoich księżyców.

Na Ziemi duże znaczenie ma Księżyc, który przez miliardy lat „hamuje” nasz obrót – dzień stawał się stopniowo dłuższy. Mars ma dwa niewielkie księżyce, Phobosa i Deimosa. Są tak małe, że ich wpływ na rotację planety jest ograniczony. Dlatego rotacja Marsa pozostała zbliżona do pierwotnej, podczas gdy na Ziemi długość dnia wyraźnie się zmieniała w historii Układu Słonecznego.

Jak szybko zmienia się długość doby marsjańskiej?

Można by pomyśleć, że dzień na Marsie jest w zasadzie stały. Nowe pomiary pokazują jednak coś zaskakującego. Lądownik InSight, który działał na Marsie od 2018 roku, wyposażył NASA w bardzo dokładne dane o rotacji planety. Wykorzystano do tego instrument RISE (Rotation and Interior Structure Experiment), który analizował różnice między wysyłanym a odbieranym sygnałem radiowym.

Okazało się, że Mars przyspiesza swój obrót. Analiza pierwszych około 900 soli działania InSight wskazuje, że doba marsjańska skraca się mniej więcej o 0,76 milisekundy w skali roku. To niezwykle mała wartość, ale mierzalna, gdy dysponuje się precyzyjnymi pomiarami czasu i ruchu planety.

Dlaczego Mars kręci się coraz szybciej?

Na to pytanie naukowcy nie mają jeszcze jednoznacznej odpowiedzi. Możliwe są kilka scenariuszy, z których każdy wiąże się z innym procesem zachodzącym we wnętrzu lub na powierzchni planety. Rozważa się między innymi wpływ zmian klimatycznych i przemieszczenia masy między czapami polarnymi a resztą globu.

Wiemy, że na Marsie dawniej występowały rozległe zbiorniki wody. Część mogła odparować, a część „zamrozić się” w postaci lodu w regionach polarnych. Takie przetasowania masy – przenoszenie ogromnych ilości lodu z jednych szerokości geograficznych na inne – mogą w długim czasie wpływać na tempo rotacji. Równie dobrze winne mogą być procesy wewnątrz planety albo zmiany topografii, ale precyzyjnej przyczyny przyspieszania obrotu Marsa na razie nie ustalono.

Jak liczy się czas na Marsie?

Jeśli doba trwa tam dłużej o 40 minut, to jak pracują zegary na Czerwonej Planecie? Inżynierowie szybko doszli do wniosku, że najlepiej będzie zachować podział na 24 godziny, 60 minut i 60 sekund, ale „rozciągnąć” każdą marsjańską sekundę. Oznacza to, że godzina, minuta i sekunda na Marsie są około 2,7 procent dłuższe niż ich ziemskie odpowiedniki.

Takie podejście wprowadzono w praktyce już w 1976 roku podczas misji Viking Lander. Od tego czasu NASA opisuje długość misji łazików i lądowników w solach. Dla Curiosity, InSighta czy Perseverance dzień lądowania stał się odpowiednio „sol 0” albo „sol 1”, zależnie od tego, o której porze lokalnego dnia nastąpiło przyziemienie.

Sol w codziennej pracy misji

Choć dla nas 40 minut różnicy wydaje się niewielkie, dla zespołów sterujących misjami ma ogromne znaczenie. Ziemska doba nie pokrywa się z marsjańską, więc godziny pracy zespołów przesuwają się z dnia na dzień. Gdy łazik ma działać w lokalnym marsjańskim „dniu”, planiści na Ziemi muszą stale dopasowywać swój grafik.

Część inżynierów i kontrolerów lotu nosi zegarki przystosowane do marsjańskiego czasu, a czasem nawet zegarki na obu rękach – jeden pokazuje czas ziemski, drugi czas słoneczny na Marsie. Dzięki temu łatwiej zaplanować, kiedy łazik ma jeździć, a kiedy ładować panele słoneczne czy przesyłać dane.

Czy na Marsie powstanie nowy kalendarz?

Dzień to tylko jedna z miar. Mars ma też inny rok – pełen obieg wokół Słońca zajmuje mu 687 ziemskich dni, czyli około 668 soli. To sprawia, że pory roku trwają tam znacznie dłużej niż na Ziemi, a zmiany temperatur i oświetlenia mają inny rytm.

NASA i inni badacze wprowadzili pojęcie lat marsjańskich. Za początek numeracji przyjęto północną równonoc wiosenną w 1955 roku, która stała się „rokiem 1”. Dzięki temu łatwiej prowadzić długoterminową analizę pogody i warunków atmosferycznych. Informacja, że dane pochodzą na przykład z 36. czy 37. roku marsjańskiego, od razu mówi, gdzie przypadają w cyklu sezonów.

Jak długo trwają dzień i noc na Marsie?

Skoro sol jest nieco dłuższy od ziemskiej doby, to analogicznie dzień i noc na Marsie też są wydłużone. W czasie równonocy, gdy Słońce znajduje się nad równikiem, dzień i noc trwają tam po około 12 godzin marsjańskich każda. Układ jest wtedy bardzo podobny do tego, który znamy z Ziemi podczas równonocy wiosennej czy jesiennej.

Sytuacja zmienia się, gdy rozpoczynają się marsjańskie lata i zimy na poszczególnych półkulach. Położenie Słońca nad horyzontem mocno zależy od szerokości geograficznej i nachylenia osi obrotu planety, które wynosi około 25 stopni. To bardzo zbliżona wartość do ziemskich 23 stopni, więc Mars ma wyraźne pory roku, choć są one dłuższe i ostrzejsze.

Jak wygląda marsjańska noc?

Długość nocy na Marsie zależy od pory roku oraz odległości od biegunów. W okolicach równonocy w strefach umiarkowanych noc trwa mniej więcej tyle co dzień. Wraz z przesuwaniem się Słońca na niebie w kierunku jednej z półkul, na drugiej zaczyna się długotrwałe zaciemnienie.

W ekstremalnych przypadkach, w okolicach biegunów marsjańskich, noc może trwać nawet około 10 ziemskich dni. Po drugiej stronie planety, w czasie „lata polarnego”, Słońce może w ogóle nie chować się pod horyzontem, co przypomina ziemski dzień polarny w rejonach Arktyki i Antarktydy. To wszystko mocno wpływa na temperatury i warunki pogodowe w ciągu jednego sola.

Jak długość doby na Marsie wpływa na warunki na planecie?

Dłuższa doba i inne warunki orbitalne sprawiają, że Mars ma bardzo charakterystyczny klimat. Średnia temperatura na powierzchni to około -60 do -63 stopni Celsjusza. Na równiku w ciągu dnia bywa jednak nawet +20 stopni, a lokalnie w regionie Tharsis, gdzie znajdują się olbrzymie wulkany, można teoretycznie zarejestrować temperatury sięgające około +30 stopni.

Nocą sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Podczas typowego sola temperatura może spaść z około -5 stopni w dzień do nawet -95 stopni w nocy. Różnica bywa więc ogromna – sięga czasem 100 stopni Celsjusza. Dłuższa niż na Ziemi noc daje powierzchni więcej czasu na wypromieniowanie ciepła w kosmos, a bardzo cienka atmosfera (o czym za chwilę) nie zatrzymuje go tak sprawnie jak ziemska.

Atmosfera a amplituda temperatur

Atmosfera Marsa składa się głównie z dwutlenku węgla (ok. 95 procent), z niewielkimi domieszkami azotu i argonu. Jej średnie ciśnienie to około 636 paskali, czyli mniej więcej 0,6 procent wartości na poziomie morza na Ziemi. Tak niskie ciśnienie oznacza, że woda na powierzchni w zasadzie nie może długo istnieć w stanie ciekłym – szybko zamarza albo wrze.

Cienka atmosfera słabo magazynuje ciepło. W dzień powierzchnia nagrzewa się, ale nocą błyskawicznie się wychładza. Gdy połączymy to z wolniejszym obrotem planety, otrzymujemy ogromne dobowe wahania temperatur. Jednocześnie tak rzadka atmosfera powoduje, że nawet bardzo szybkie wiatry wywierają mniejsze ciśnienie dynamiczne niż na Ziemi.

Wiatr, burze pyłowe i długość dnia

Na Marsie występują silne wiatry, które mogą osiągać prędkości rzędu 300 km/h. Z powodu niskiego ciśnienia przypominają one jednak ziemski wiatr o prędkości około 10 km/h. Łatwo porywają pył i tworzą olbrzymie burze piaskowe, czasem obejmujące niemal całą planetę. Sonda Mariner 9 obserwowała jedną z takich burz, która trwała nawet kilka miesięcy.

Dłuższy sol sprawia, że nagrzewanie się i wychładzanie powierzchni przebiega w innym rytmie niż na Ziemi. Ma to wpływ na zmiany ciśnienia i na cyrkulację atmosferyczną. Różnice temperatur między dniem i nocą oraz między równikiem a biegunami są jednym z głównych motorów marsjańskich wiatrów, które zbierają pył i przesuwają go na ogromne odległości.

Czas na Marsie w praktyce – misje i przyszli mieszkańcy

Myśląc o przyszłej kolonizacji, trudno uciec od pytania: czy ludzie na Marsie będą żyć według zegarów ziemskich, czy marsjańskich? Już dziś misje NASA pokazują, jak wymagające jest dostosowanie się do dłuższego sola. Zespoły pracujące „w marsjańskim rytmie” przez kilka tygodni zaczynają żyć w systemie, w którym każdy kolejny dzień pracy przesuwa się o około 40 minut względem poprzedniego.

Przy dłuższym pobycie na planecie koloniści prawdopodobnie będą korzystać z marsjańskiego systemu dobowego, z godziną i minutą zdefiniowaną w oparciu o sol. Jednocześnie kontakty z Ziemią będą wymagały przeliczania czasu między obiema planetami. Pojawiają się pomysły równoległej rachuby, w której funkcjonują zarówno dni i tygodnie ziemskie, jak i marsjańskie, powiązane z lokalnymi porami roku i długością roku trwającego 668 soli.

Jak naukowcy porównują dane między latami marsjańskimi?

Żeby móc sensownie porównywać, jak zmienia się atmosfera czy klimat Marsa, badacze oparli się na systemie lat marsjańskich. Rok 1 zaczyna się w momencie wiosennej równonocy na półkuli północnej w 1955 roku. Od tego czasu kolejne obiegi planety wokół Słońca oznacza się jako rok 2, 3 i tak dalej, aż po obecny 37. rok marsjański.

Dzięki temu można tworzyć zestawienia, w jakim roku marsjańskim wystąpiły globalne burze pyłowe, jak zmieniał się zasięg czap polarnych albo jak w kolejnych latach pracowały łaziki, takie jak Curiosity czy Perseverance. Stała długość sola i standaryzowany kalendarz marsjański ułatwiają analizę danych pogodowych i geofizycznych z wielu misji.

Przykłady zastosowań czasu marsjańskiego

W praktyce sol trafia nie tylko do tabel naukowych, ale także do planów misji, raportów oraz oprogramowania sterującego łazikami. Dobrym przykładem jest misja Mars Science Laboratory i łazik Curiosity. Dzień lądowania na planecie, który na Ziemi przypadł 5 sierpnia 2012 roku, został oznaczony jako „sol 0”. Kolejne dni pracy łazika liczy się już nie w datach ziemskich, ale właśnie w solach.

Podobnie postąpiono przy misjach InSight i Perseverance. Mars stał się pierwszą planetą poza Ziemią, dla której rutynowo stosuje się wewnętrzny system dobowy i roczny, pozwalający planować badania pogody, sejsmologii czy geologii w długiej perspektywie. Doba na Marsie stała się więc nie tylko ciekawostką, ale ważnym narzędziem pracy całej branży kosmicznej.

Żeby lepiej uporządkować różnice między ziemskim a marsjańskim czasem, warto zapamiętać kilka prostych punktów:

• sol jest o około 40 minut dłuższy niż ziemska doba,
• marsjańska sekunda trwa około 2,7 procent dłużej niż ziemska,
• rok na Marsie to 668 soli, czyli 687 ziemskich dni,
• marsjańskie pory roku są dłuższe, ale podobnie jak na Ziemi wynikają z nachylenia osi planety.

Inżynierowie i naukowcy, którzy projektują misje na Marsa, muszą też uwzględnić działanie urządzeń w cyklu dobowym. Na przykład łaziki zasilane panelami słonecznymi pracują głównie za dnia, a w nocy przechodzą w tryb oszczędzania energii. Rytm tych przełączeń jest ściśle związany z długością sola:

1. planowanie zadań na czas lokalnego dnia,
2. ustalanie okien łączności między Ziemią a łazikiem,
3. dobór strategii ładowania baterii w ciągu jednej doby,
4. analiza danych pogodowych w układzie dzień–noc.

Sol, marsjański kalendarz i zmieniająca się długość doby tworzą razem system, który pozwala dokładnie opisywać życie i pracę maszyn na Czerwonej Planecie. Dzięki nim można porównywać obserwacje sprzed wielu lat z tym, co pokazują najnowsze łaziki i orbitery.