Marsjanie niedawno świętowali Sylwestra - dla nich rozpoczął się rok 36

Marsjańska rachuba czasu, jeśli chodzi o lata za punkt zerowy (Rok 1, Sol 1) uznaje dzień wiosennej równonocy na północnej półkuli Marsa 11 kwietnia 1955 roku. Rozpoczęcie pomiarów wiąże się z burzą pyłową, która szalała na całym Marsie przez drugą połowę 1955 i 1956 rok, ale też można doszukiwać się innych skojarzeń. Kilka dni po 11 kwietnia 1955 roku zmarł Albert Einstein, którego teorie zmieniły na zawsze sposób w jaki spoglądamy się na Wszechświat.

Ponieważ na jeden rok marsjański przypadają blisko dwa lata ziemskie, choć u nas upłynęło od tamtej chwili już ponad 65 lat, na Marsie rozpoczął się niedawno dopiero rok 36. Jak widzicie nie 11 kwietnia, a 7 lutego, bo nie tylko rok marsjański, ale także i dzień mają inną długość niż na Ziemi. Dokładnie 1 Sol, o którym mówimy przy okazji badań tej planety przez łaziki, to 24 godziny 39 minut 35 sekund i 244 tysięczne sekundy. Ziemska doba to z kolei 24 godziny i 2 tysięczne sekundy.

Rachuba czasu, którą stosujemy obecnie na Marsie jest uzasadniona zaawansowaną eksploracją tej planety i nadziejami, że kiedyś tam zamieszkamy. Pojęcie Nowego Roku na Marsie czyni go nam „bliższym” już teraz. Ciekawe jest jednak także to, jak długie są lata i dni na innych planetach Układu Słonecznego. I co to w ogóle są lata w tym przypadku, a także dni, bo to nie zawsze chodzi o czas od wschodu do wschodu Słońca.

Jednostki w jakich wyrażamy czas, a pojęcie doby czy roku

Sekunda czyli podstawa miary czasu, jednostka układu SI, jest zdefiniowana przez własności fizyczne atomu Cezu 133. Wiążącą się z nią minutę (60 sekund) czy też godzinę (60 minut) wykorzystujemy w obliczeniach problemów fizycznych i astronomicznych. Z tą definicją wiąże się też pojęcie roku świetlnego, jednostki odległości stosowanej w naukach o Kosmosie.

Astronauci pracujący na orbicie Ziemi, widzą wschód i zachód Słońca wiele razy w ciągu 24 godzin

Jednak percepcja i definicja doby czy też roku jest w praktyce znacznie bardziej skomplikowanym zagadnieniem, gdyż ani jedno ani drugie nie da się wyrazić zazwyczaj za pomocą całkowitej liczby godzin czy dni wynikających z przyjętej definicji sekundy i ich wielokrotności.

Rok kalendarzowy, czyli ten, który wydaje się nam naturalny

Na Ziemi najbardziej przyzwyczajeni jesteśmy do pojęcia roku kalendarzowego powiązanego z porami roku. Ponieważ rok musi mieć całkowitą liczbę dni, a okres pełnej zmienności pór roku nie da się tak wyrazić, potrzebne były lata przestępne. Wprowadzono je już w starożytności w kalendarzu juliańskim. Zakłada on, że rok trwa dokładnie 365,25 dnia. Ta definicja stosowana jest do dziś w astronomii i innych naukach, a także w religii prawosławnej.

Dokładniejszy jest kalendarz gregoriański, który zakłada, że rok trwa 365,24 dnia. To czas jaki upływa pomiędzy kolejnymi przejściami Słońca przez punkt Barana. Ujmując rzecz prościej, to czas po jakim Słońce wraca do tej pozycji na ekliptyce, dla której rozpoczyna się astronomiczna wiosna i mamy równonoc wiosenną. Jest to tak zwany rok zwrotnikowy. Przyjęta tu wartość jest uśredniona, gdyż ze względu na niejednostajną prędkość ruchu Ziemi po orbicie, długość lat zwrotnikowych waha się nawet o 30 minut.

Na przykład zaczynający się w marcu rok zwrotnikowy będzie o 8 minut dłuższy niż rok właśnie mijający i potrwa 365 dni 5 godzin 55 minut i 54 sekundy.

Rok zwrotnikowy to średni czas jaki potrzebny jest na dokonanie się pełnego cyklu pór roku

Dlatego mamy lata przestępne, które zamiast 365 trwają 366 dni. Ostatni rok przestępny miał miejsce w 2020, teraz na luty z 29 dniami poczekamy do 2024 roku. Ogólne zasady zakładają, że gdy liczba jest podzielna przez 4, rok jest przestępny, ale jest też wyjątek, który zakłada, że rok będący wielokrotnością 100 musi być też podzielny przez 400. Dlatego rok 2100 nie będzie przestępny, choć dzieli się przez 4. Nie należy mylić roku przestępnego z sekundami przestępnymi, które służą korekcie nieregularności w ruchu obrotowym Ziemi.

Rok określany przez zjawiska astronomiczne związane z ruchem Ziemi

Są też inne definicje roku związane ze zjawiskami astronomicznymi i faktem, że Ziemia nie jest punktowym obiektem, a odległości w Kosmosie choć ogromne są jednak skończone.

Dla przykładu rok gwiazdowy, to z czas po którym gwiazdy powracają do tej samej pozycji na niebie względem Słońca. Jednakże i tu konieczne jest założenie, że nasz punkt odniesienia, nie zmienia swojej pozycji w ciągu roku w sposób, który byłby istotny przy pomiarze czasu. Rok gwiazdowy jest około 20 minut dłuższy od wspomnianego roku zwrotnikowego, a to ze względu na powolną zmianę orientacji osi obrotu Ziemi (precesja planetarna).

Ta precesja wpływa na zmianę położenia pozycji punktu wskazującego geograficzną północ. Dziś jest on w okolicy Gwiazdy Polarnej, dlatego kierunek ku tej gwieździe utożsamiamy z kierunkiem na północ, ale w przyszłości to się zmieni. Na szczęście mamy już za sobą czasy, gdy położenie na Ziemi określaliśmy wyłącznie za pomocą gwiazd. Jednocześnie przesuwa się punkt Barana, w kierunku i tempie, które sprawia, że właśnie wspomniane 20 minut wcześniej Słońce dociera do tego punktu.

Rok gwiazdowy, to czas potrzebny Ziemi na powrót do tej samej pozycji po wykonaniu pełnego obiegu wokół Słońca

Długość roku gwiazdowego też nie jest wartością niezmienną w czasie, gdyż ruch Ziemi jest zakłócany grawitacyjnie przez inne obiekty w Układzie Słonecznym. Jednak są to bardzo niewielkie zmiany. Są też inne definicje roku, takie jak rok smoczy (tu punktem odniesienia jest węzeł orbity Księżyca), rok anomalistyczny (tu punktem odniesienia są miejsca największej i najmniejszej odległości od Słońca czyli apsydy) czy rok synodyczny (tu punktem odniesienia są fazy Księżyca). W każdej z nich długość roku jest trochę inna, a to ze względu na dynamikę układu ciał niebieskich jakie tworzą Układ Słoneczny.

Te dodatkowe definicje roku w naszym przypadku nie mają większego znaczenia, a znajomość pojęcia roku zwrotnikowego i gwiazdowego w pełni wystarczy. Dla modelowego ziemianina ważniejsze niż wiedza co to jest i kiedy się zaczyna rok sotisowy, będzie pewnie znajmość pojęcia roku podatkowego, albo znajomość daty premiery kolejnej wersji ulubionej gry.

Jak definiujemy rok na danej planecie?

Wszystko zależy od przyjętego punktu odniesienia. Na Marsie jak i na Ziemi można wprowadzić różne definicje doby i roku, a pod tym względem sytuacja będzie jeszcze bardziej zagmatwana (Mars ma dwa księżyce). Na przykład w przypadku Marsa mówiąc doba czyli Sol mamy na myśli tamtejszą dobę słoneczną. Jej długość wyrażamy jest w ogólnie obowiązujących jednostkach czasu, czyli minutach, sekundach, godzinach, zgodnie z którymi doba ziemska liczy ma dokładnie 24 godziny.

Rok na danej planecie postrzegamy jako czas potrzebny na wykonanie przez nią pełnego obiegu wokół Słońca, natomiast dobę jako czas potrzebny na wykonanie pełnego obrotu planety wokół własnej osi.

Gdy nasza cywilizacja opuści Ziemię i zamieszka albo na stacjach kosmicznych, albo na innych planetach czy księżycach, z pewnością będzie konieczne wprowadzenie regulacji związanych z czasem i tym jak go określamy. Przynajmniej po to, by uprościć wzajemną komunikację, a także skompensować zaburzenia działania ludzkiego zegara biologicznego, który mocno zależy od rytmu dnia i nocy.

Rok dla hipotetycznego mieszkańca Tytana, księżyca Saturna, będzie bardzo względnym pojęciem

Skąd różnice w długości dnia i roku na różnych planetach?

Odpowiedź na to pytanie jest dość oczywista, ale powtórzmy ją sobie. Planety w Układzie Słonecznym obiegają naszą macierzystą gwiazdę w różnych odległościach. Im dalej, tym dłużej trwa pełny obieg Słońca (nie mylcie go z obrotem, bo to określenie ruchu wokół własnej osi).

Co ciekawe niektóre obiekty, księżyce, planetoidy, mogą poruszać się w odmiennym kierunku do kierunku obrotu macierzystego obiektu (Słońca czy też planety). To bardzo niewielki odsetek wszystkich obiektów, a ta odmienność zwykle jest tłumaczona zaburzeniami grawitacyjnymi w przeszłości (zderzenia, itp).

Powierzchnię Wenus trudno dostrzec nie tylko z Ziemi, ale nawet będąc w pobliżu tej planety

Kwestia długości dnia jest jeszcze bardziej skomplikowana, bo na przykład Wenus wykonuje jeden obrót wokół własnej (doba gwiazdowa) osi w ciągu 243 ziemskich dni, podczas gdy rok (czas potrzebny na wykonanie pełnego obiegu wokół Słońca) na tej planecie trwa jedynie około 225 dni. Jakby tego było jeszcze mało, Wenus porusza się wokół własnej osi w kierunku odwrotnym co Ziemia (podobny kierunek obrotu ma też Uran i Pluton), a to sprawia że Słońce wschodzi znacznie szybciej niż wskazuje na to czas obiegu wokół osi.

Dlatego w ciągu roku dla obserwatora na powierzchni Wenus wschód Słońca widoczny byłby niespełna dwa razy, ale więcej niż raz gdyby porównywać okres orbitalny i okres obrotu. I jeśli byśmy definiowali dobę uwzględniając położenie Słońca na niebie, to byłaby ona znacznie krótsza niż doba wynikająca z ruchu obrotowego.

To jednak nie koniec zamieszania, bo jak wiecie, z powierzchni Wenus raczej Słońca nie dostrzeżemy ze względu na grubą powłokę chmur, nie mówiąc już o przebywaniu w tak drakońskich warunkach. Z kolei eksploratorzy Wenus, którzy zamieszkają w unoszących się nad powierzchnią chmur miastach, będą prawdopodobnie niesieni przez prądy powietrzne, które z kolei skrócą dobę do około 4 dni ziemskich.

Zdjęcia dwóch półkul Urana wykonane z Ziemi teleskopem Keck. Orientacja pierścieni dobrze ilustruje ekstremalne nachylenie orbity. Słońce w tym przypadku byłoby po lewej lub po prawej stronie ekranu

Podobny problem mielibyśmy na Merkurym. Tu z kolei Słońce wschodzi raz na 176 dni, czyli raz na dwa tamtejsze lata. Z kolei na Uranie wschód Słońca może nastapić po około 17 godzinach, ale też co 21 lat. Tak duża rozbieżność ma związek z faktem, że orbita Urana jest nachylona o 98 stopni. Mówiąc inaczej Uran toczy się po płaszczyźnie obiegu Słońca i w pewnym momencie, jest zwrócony bardzo długo jedną stroną w stronę Słońca mimo iż obraca się wokół własnej osi.

A gdyby tak czas mierzyć w latach galaktycznych?

Słońce wraz z planetami jako układ obiega centrum Galaktyki w ciągu około 225-250 milionów lat (jest to jedynie szacunek) i ten czas określany jest z kolei jako rok galaktyczny. Gdyby zastosować go jako jednostkę w pomiarze kosmicznego czasu, życie na Ziemi rozpoczęło się około 17 lat galaktycznych temu, a Wszechświat powstał około 61 lat galaktycznych temu.

Można zatem żartobliwie podliczyć, że znany nam Kosmos jeszcze nie osiągnął wieku emerytalnego i z perspektywy ziemskich spraw, w czasie istnienia naszej cywilizacji raczej nie osiągnie.

Źródło: inf. własna, ESA, timeanddate.com

Czytaj więcej na ciekawe tematy związane z astronomią i nie tylko:

• Najlepsze filmy science fiction na Netflix - TOP 10 klasyków i nowych filmów
• To będzie rewolucja - IBM ujawnia plany rozwoju komputerów kwantowych
• Spot - robo-pies nauczył się nowych sztuczek