진준촌
【정견뉴스】
지구인이 화성에 정착하기 위해서는 그곳의 정확한 시간을 아는 것이 필수적이며, 이는 통신망 구축의 기초가 된다. 과학자들이 이 복잡한 문제에 대한 해답을 발견했다.
미국 국립표준기술연구소(NIST)는 12월 1일 발표된 보도자료를 통해 유명 과학자 아인슈타인의 《일반 상대성 이론》(General Theory of Relativity)에 따라 우주 곳곳의 시간은 동기화되지 않는다고 밝혔다. 시계의 작동 속도는 주변 환경의 중력 강도에 따라 달라진다.
NIST의 물리학자 파틀라(Bijunath Patla)는 화성 시계가 어떻게 작동하는지 이해하는 것이 미래 우주 임무의 초석이라고 말했다. NASA가 화성 탐사 임무를 계획함에 따라, 화성에서의 시간을 이해하는 것은 태양계 전체의 항법과 통신을 동기화하는 데 도움이 된다.
화성의 시간은 지구와 어떻게 다른가?
화성의 하루와 1년은 모두 지구보다 길다. 화성의 자전 주기는 지구보다 40분 더 길고, 태양 주위를 한 바퀴 공전하는 데는 687일이 걸리는 반면 지구는 365일이 걸린다. 하지만 과학자들은 지구와 비교하여 화성의 매 순간이 더 빨리 가는지 아니면 더 느리게 가는지를 알아야 한다.
지구의 원자시계를 화성으로 가져가면 여전히 같은 방식으로 작동하지만, 지구의 원자시계와 동기화되지는 않는다. 따라서 우리는 화성 시간과 지구 시간의 차이를 정확히 파악해야 하며, 이는 마치 다른 시간대의 시차를 계산하는 것과 같다.
이 문제는 NIST 과학자들이 예상했던 것보다 훨씬 까다롭다. 《일반 상대성 이론》은 중력의 강도가 시간의 흐름에 영향을 미친다고 설명한다. 중력이 강한 곳에서는 시계가 느리게 가고, 중력이 약한 곳에서는 시계가 빠르게 간다. 행성의 공전 속도 또한 시계 작동 속도에 영향을 미친다.
연구팀은 지구 적도의 해수면과 유사하게, 화성 표면의 한 지점을 기준점으로 선택했다. 파틀라와 동료인 NIST 물리학자 애슈비(Neil Ashby)는 수년간의 화성 탐사 임무에서 수집된 자료를 바탕으로 화성 표면의 중력 강도가 지구의 5분의 1에 불과하다고 추정한다.
하지만 그들이 고려해야 할 것은 화성의 중력뿐만이 아니다. 태양계에는 다른 질량이 큰 천체들이 있으며, 그들 사이에도 중력적 상호 작용이 존재한다. 태양의 질량만 해도 태양계 전체 질량의 99% 이상을 차지한다.
더 나아가, 태양계 내 화성의 위치, 즉 태양과 지구, 달, 목성, 토성 등 주변 천체와의 거리는 화성의 궤도를 더 타원형으로 만들고 이심률이 높게 만든다. 이와 대조적으로 지구와 달의 궤도는 안정적이다. 달의 시간은 항상 지구 시간보다 56마이크로초(백만분의 1초) 빠르다.
파틀라와 애슈비는 화성 표면 중력, 화성의 이심률 높은 궤도, 태양, 지구, 달이 화성에 미치는 영향 등 모든 요소를 종합적으로 고려하여 화성의 시간을 계산했다. 평균적으로 화성의 시계는 지구의 시계보다 매일 477마이크로초 더 빠르게 작동한다.
477마이크로초는 미미하게 들릴 수 있지만, 통신망 개발에 있어서는 극히 미세한 시간차를 정밀하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어, 5G 네트워크의 정밀도는 10분의 1마이크로초 이내여야 한다.
현재 지구와 화성 간의 통신 지연 시간은 4분에서 24분 사이이며 때로는 더 길다. 파틀라는 이는 거의 전신(電信)이 등장하기 이전의 통신 방식과 같다고 설명한다. 사람들이 손으로 쓴 편지를 바다를 건너는 배에 실어 보내고, 다른 배가 가져오는 답장을 받기 위해 몇 주 또는 몇 달을 기다려야 하는 방식이다.
과학자들은 화성 시간과 지구 시간의 차이를 계산함으로써, 행성 간 통신을 위한 시간적 틀을 마련하고 광활한 거리에 걸쳐 동기화된 네트워크를 구축하는 길을 열었다.
파틀라는 “화성에서 시간이 어떻게 흐르는지 처음으로 알게 되어 매우 기쁩니다. 이전에는 아무도 이것을 알지 못했습니다. 이는 시계 작동 법칙과 상대성 이론을 포함한 이론 자체에 대한 우리의 지식을 늘려줍니다”라고 말했다.
그는 “시간의 흐름은 상대성 이론의 기초입니다. 우리가 그것을 어떻게 인지하고, 어떻게 계산하며, 무엇이 영향을 미치는지에 대한 것입니다. 이 개념들은 단순해 보이지만 계산은 상당히 복잡합니다”고 덧붙였다.
이 연구 결과는 12월 1일 천문학 저널(Astronomical Journal)에 게재되었다.
(에포크타임스)
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/299778