当美国宇航局的新火星漫游车将于今年夏天登陆红色星球时,可以肯定的是,在加州喷气推进实验室(JPL),也就是漫游车科学和工程团队的所在地,届时将是早上或下午早些时候。这意味着在东海岸将是下午,在欧洲将是晚上,等等——时区很容易弄清楚。但火星上的时间会是几点呢?“好奇号”将生活在哪个时区——你又该如何得知?
在火星上计时有点像在地球上计时,因为这两个行星在很多方面都很相似。但细微的差异足以让人抓狂。
首先,火星日(或称 sol)比地球日长 39 分钟 35 秒。这听起来不多,但当你按照火星时间生活时,它会迅速累积——“好奇号”团队也会如此。火星年持续 668.59 sols,大约是地球年的 1.88 倍。由于火星轨道高度偏心,季节持续时间更长,也更极端。
“感觉你每天都在不停地向东飞行 40 分钟,”JPL 的科学家黛博拉·巴斯说,她曾在“勇气号”和“机遇号”漫游车以及“凤凰号”着陆器项目工作。“你总是时差。只是一点点,因为一个小时——谁在乎呢,这没什么大不了的。但它开始显现出影响。”
正如我们根据时间流逝来标记生活一样,太空任务也是如此。大多数火星任务都是太阳能供电的,这意味着航天器必须在白天工作。“好奇号”有一个核动力发电机,但它在很多方面仍然是一个太阳能飞行器——它的摄像头和其他仪器需要阳光才能看见,而且大气现象,比如火星上昼夜巨大的温差,都随着太阳的运动而变化。因此,工程师需要一种可靠的方法来追踪行星上的时间。迈克尔·艾莉森(Michael Allison),戈达达空间研究所(Goddard Institute for Space Studies)的荣誉教授,将计算火星时间作为自己的爱好。“说实话,我对火星时间的了解,比对地球时间更深,”他开玩笑说。
首先,他说,你要确定当地正午,也就是太阳越过头顶子午线的那一点。这被称为“当地真实太阳时”。但火星(和地球)的轨道是偏心的,一年中距离太阳时近时远,因此由于太阳在天空中的高度变化,当地正午可能会偏离几分钟。所以,要真正准确,天文学家会使用一种叫做“虚拟平均太阳”的东西,它会根据太阳的平均位置移动。这个位置——通过一张名为“日晷图”(analemma)的图表给出——为你提供了“当地平均太阳时”。这就是天文学家用来计算火星时间的。
所以现在你可以计算出你的当地正午。你也可以相对于某个特定点(一个本初子午线)的平均太阳时来计算当地时间。在地球上,这曾经被称为格林威治标准时间(Greenwich Mean Time),现在是协调世界时(Coordinated Universal Time)。美国东部时间是 UTC-5 小时,以此类推。在火星上,它被称为 MTC。
艾莉森说,火星的本初子午线选择甚至比地球的还要早。天文学家在 1840 年选择了它,以便能够绘制他们的观测图,并确定了一个被称为“子午湾”(Sinus Meridiani)的暗区。(顺便说一下,漫游车“机遇号”就降落在这个区域的西部。)子午湾中的一个陨石坑 Airy-0 标志着真正的本初子午线。天文学家在 20 世纪 60 年代根据“水手号”照片选择了它。Airy 是为了纪念英国天文学家乔治·艾里(George Airy),他建造了格林威治天文台,该天文台最终在 1884 年被选定为地球的本初子午线。
火星月份:一月、二月、布拉德伯里、克拉克和三月。
顺便说一句,既然我们在讨论时间的组织,你可以忘掉火星月份或公历。火星的卫星火卫一(Phobos)和火卫二(Deimos)绕行星运行得非常快,以至于根据它们的相位来划分日历没有意义。取而代之的是,科学家们根据太阳的经度来标记日历。当太阳位于火星赤道正上方,从火星上看向北方移动时,一年就开始了——这是春天的开始。当太阳位于 90 度时,北半球的冬天就开始了,以此类推。
艾莉森也解决了这个问题,他创建了一个包含 10 个额外月份的火星日历。他希望火星月份在春分点等方面能跟地球月份保持一致,所以他在前后插入了额外的月份。“我有一月、二月、布拉德伯里、克拉克和三月,”他笑着说。“你无法根据火星卫星的轨道来构造一个实用的参考,以便进行方便的季节划分。但如果人们去火星,他们可能需要一些按月计算的东西。这对我们来说是一种方便的时间组织方式。”
艾莉森的大部分职业生涯都在外太阳系度过,曾是“卡西尼号”、“朱诺号”和其他任务的项目科学家。在他涉足火星时间之前,天文学家们会在任务计划寿命前后几年,根据行星的位置坐下来计算日晷图和火星时间表。艾莉森决定制作一个通用的火星时间计算器,计算行星 126 个火星年的位置。
“我认为以更通用的方式来定义它,并一劳永逸地解决它会很有趣,”他说。他建造了一个日晷图,追踪太阳在火星天空中的平均运动。它看起来像一个泪滴。艾莉森绘制了一个火星虚拟平均太阳,并基于这个计算创建了一个平均太阳时的定义。这需要一些高深的数学,因为火星的轨道受到木星和其他因素的影响,但艾莉森说这是一个有趣的暑期项目。NASA 仍然在使用他的算法。
你也可以访问戈达达研究所的网站,下载由艾莉森的同事罗布·舒蒙克(Rob Schmunk)制作的火星时钟。Mars24 会为你提供火星的精美图像,以及“勇气号”、“机遇号”、“凤凰号”、“海盗号”和其他任务的所在地。当“好奇号”着陆时,它也会有自己的图标。
如果你下载了 Mars24,你会注意到没有时区。每个着陆器都使用对当地平均太阳时的估计作为其参照系,就像 1884 年标准时间被创建之前的城市一样。但每个着陆器都有自己的事实上的时区。例如,“勇气号”和“机遇号”就相隔 12 小时。
巴斯说,在 JPL,墙上的时钟会记录这些火星时间。当漫游车执行某项任务时,它会被记录为本地漫游车时间和 JPL 时间。当“勇气号”和“机遇号”任务开始时,NASA 甚至订购了定制的火星手表,一些团队成员还拥有火星闹钟。
“我们有协调世界时,然后是航天器时钟时间。然后是当地平均太阳时,也就是火星时间。然后我们有太平洋标准时间、东部标准时间——不同时间系统之间的换算非常令人惊叹,”巴斯说。“在这方面,火星时间只是另一个时区。”