为什么火星上的时间过得比地球快？
火星上的时间流逝速度比地球上更快，原因如下
去火星会老得更快？揭秘行星时间的秘密
“三体问题本身已经极其复杂，而我们现在面对的则是四体系统：太阳、地球、月球和火星。这项研究任务比我最初预想的要困难得多。”
平均而言，火星每天的时间流逝速度比地球快477微秒（图片来源：NASA）。
得益于阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的影响，火星上的时间流逝速度平均每天比地球快4.77亿分之一秒。科学家表示，这一现象将对未来可能覆盖整个太阳系内部区域的导航与通信网络产生深远影响。
美国国家标准与技术研究院（NIST）的尼尔·阿什比和比朱纳特·帕特拉通过综合考虑火星重力强度（仅为地球的五分之一）、这颗红色行星绕太阳运行轨道的速度与偏心率，以及太阳及火星最邻近天体——地球和月球的引力影响，计算出了火星与地球之间的时差。
帕特拉在声明中表示：“火星与太阳的距离及其偏心轨道导致时间变化幅度更大。三体问题本身已极其复杂，而我们现在面对的是四个天体：太阳、地球、月球和火星。这项研究任务比我最初预想的要困难得多。”
爱因斯坦的广义相对论阐述了时钟如何根据所处参考系的不同（该参考系受速度和引力场支配）而显得更快或更慢。我们称这种现象为钟慢效应，它正是导致双生子悖论的原因——其中一个双生子乘坐接近光速的火箭飞往太空，另一个则留在地球上。当宇航员双胞胎返回地球时，他们的年龄比留在地球的同胞更年轻，因为接近光速时时钟的走动速度会显著减缓。类似地，在黑洞附近时间流逝也会更缓慢，这是因为那里的引力场强度远超地球。
由于火星距离太阳比地球更远，其绕日公转速度较慢，因此火星上的时钟走动速度自然也比地球上慢。不过，火星绕日轨道的偏心率（即椭圆度）略高于地球轨道，这意味着当火星靠近太阳时，其公转速度会略微加快；而远离太阳时则会减缓。同样，在火星上一年的周期中，火星与太阳及地月系引力场的距离也会发生变化。这些因素共同决定了火星时钟与地球时钟的快慢差异。对于在火星上的宇航员，一秒钟似乎还是一秒钟；但对于地球上的观测者，火星上的这一秒会比地球上时钟显示的时间略快一点。虽然火星与地球时钟的日均差异为477微秒，但这一数值会根据火星在轨道上相对于地球和月球的位置发生变化，最大可变化226微秒。
虽然火星与地球之间的钟慢效应远不及相对论性星际飞船或黑洞事件中的情况那般显著，但足以对我们在火星周围未来可能部署的导航与通信网络造成严重干扰。例如，5G网络的传输精度必须达到十分之一微秒以内。掌握这一时间差数据还能使地球与火星上的通信网络实现同步（补偿两颗行星间光的传播时间），从而确保信息传输更加高效。
阿什比表示：“火星表面要被漫游探测车的轨迹覆盖可能还需要数十年时间，但现在研究在其他行星和卫星上建立导航系统的问题已具有重要意义。与现在的全球导航系统（如GPS）一样，这些系统都依赖于精确的时钟，而时钟频率的影响则可通过爱因斯坦的广义相对论进行分析。”
阿什比和帕特拉此前计算了月球与地球时间流逝的差异，发现月球上的时钟比地球上的快56微秒。
“此时此刻正是探索月球和火星的最佳时机，”帕特拉表示，“这标志着我们距离实现科幻作品中描绘的——覆盖整个太阳系的探索愿景仅一步之遥。”
他们的研究成果于12月1日发表在《天文杂志》上。
基思·库珀是英国一名特约科学记者兼编辑，在曼彻斯特大学取得了物理学与天体物理学学位。他著有《接触悖论：在探索外星情报中挑战我们的假设》（Bloomsbury Sigma出版社，2020年），并为众多杂志和网站撰写了关于天文学、太空探索、物理学及天体生物学的文章。
BY:Keith Cooper
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选文：天文志愿文章组-
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.space.com/astronomy/mars/time-travels-faster-on-mars-than-on-earth-and-heres-why
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