向地球上的某人询问时间，他们可以给出准确的答案。这得益于我们星球复杂的时间保持系统，该系统由原子钟、GPS卫星和高速电信网络构建而成。
但爱因斯坦告诉我们，在宇宙中，并非所有时钟的走动速度都相同。时钟的速度会根据其环境中的重力强度而略有快慢。
这就使得在地球上同步时间变得棘手，更不用说在整个广阔的太阳系内了。如果人类希望在红色星球上建立长期存在，科学家们需要知道：火星上的时间是什么时候？
在火星上确定确切时间——与地球相比——是一个亟需为未来太阳系探险者解答的挑战。图片来源：NASA
这是美国国家标准与技术研究院（NIST）的物理学家们首次得出精确答案。
平均而言，火星上的钟表每天会比地球快走477微秒（百万分之一秒）。然而，在一个火星年期间，由于火星偏心的轨道以及来自其天体邻居的引力作用，这个差异可能会增加或减少多达226微秒。
这些研究成果于2025年12月发表在经过同行评审的《天文杂志》上，此前NIST物理学家们在2024年发布了一篇关于月球精准计时计划的文章。
NIST物理学家Bijunath Patla表示，了解火星上的钟表如何运行是未来太空任务的一个重要步骤。当NASA规划火星探索任务时，理解我们这个行星邻居的时间将有助于在整个太阳系内同步导航和通信。
哈勃拍摄于2001年，当时火星距地球约6800万公里，是1988年以最近的一次。图片：J. Bell
Patla说：“现在正是为月球和火星制定时间计划的最佳时机。这是我们最接近实现扩展到整个太阳系的科幻愿景的时候了。”
火星的一天和一年都比地球长。火星自转一周，即一个昼夜，比地球长40分钟。而火星绕太阳公转一圈需要687个火星日，相比之下，地球只需要365个地球日。
但科学家们还需要知道火星上的每一秒与地球上相比是快了还是慢了。
如果你带着原子钟降落在火星表面，它会像在地球上一样正常走动。但如果将火星的时钟与地球上的时钟进行比较，两者就会不同步。挑战在于确定火星时间相对于地球时间的偏差程度，几乎就像计算时区差异一样。
这比NIST的物理学家们预期的要困难得多。爱因斯坦的相对论理论指出，重力的强度会影响时间的流逝速度。
在重力较强的区域，时钟走得较慢；而在重力较弱的区域，则走得较快。行星公转的速度也会导致时钟走得更快或更慢。
NIST 在火星表面选择了一个参考点，类似于地球赤道上的海平面。
得益于火星任务多年收集的数据，帕特拉和同事、NIST 物理学家尼尔·阿什比能够估算出火星表面的重力，其仅为地球的五分之一。
但他们还需要考虑的不仅仅是火星的重力。太阳系中还有其他巨大的天体相互吸引。仅太阳就占了我们太阳系质量的99%以上。火星在太阳系中的位置——它与太阳的距离、邻居如地球、月球、木星和土星的位置——使其进入一个更偏心、拉长的轨道。
地球和月球的轨道相对稳定；在月球上时间比地球上快56微秒。
帕特拉解释说：但对于火星来说，情况并非如此。它与太阳的距离及其偏心轨道使时间的变化更大。
三体问题极其复杂。现在我们面对的是四个天体：太阳、地球、月球和火星。繁重的工作比我最初想象的要更具挑战性。
在考虑了所有这些因素——火星表面的重力、火星的椭圆轨道、太阳、地球和月球对火星的影响之后，帕特拉和阿什比得出了他们的答案。
也许477微秒听起来并不多……这大约是眨眼时间的千分之一。
但是，考虑到细微的时间差异对于开发通信网络至关重要。例如，5G网络需要精确到十分之一微秒。
目前，地球与火星之间的通讯延迟从四分钟到二十四分钟不等（有时更多）。帕特拉解释说，这几乎像是电报之前的通信方式。人们将手写信件送到船上，船只穿越海洋，然后他们需要等待数周或数月才能收到回信。
如果为各行星之间的通信时间建立一个框架，就能为跨越广阔距离创建同步网络铺平道路。帕特拉说：如果实现了同步，这几乎就像实时通信一样，不会有信息丢失的情况。
你不必等待结果。这些网络距离现实还很遥远；同样，长期的人类和机器人火星任务也是如此，Ashby指出。研究这些问题有助于科学家们为他们将要遇到的所有变量做好准备。
Ashby说：在火星表面布满漫游者留下的痕迹可能还需要数十年的时间，但现在研究在其他行星和卫星上建立导航系统涉及的问题是有用的。
就像当前的全球定位系统GPS一样，这些系统也将依赖于准确的时钟，并且可以通过爱因斯坦的广义相对论来分析时钟速率的影响。
帕特拉还补充说，这种知识也有科学价值。了解远距离行星上的时钟如何运行是新的信息，并建立在爱因斯坦的特殊和广义相对论理论之上。
帕特拉说：了解火星时间上的事情是很重要的，这提高了我们对时钟理论本身以及相对论的理解。
时间的流逝是相对论的基本内容：你如何意识到它，如何计算它，以及什么影响它。这些概念看似简单，但计算起来可能相当复杂。总之：火星现在几点了？火星和地球之间的时间差是一个复杂的问题。但这对于未来的探索是必要的。
文中核心信息奇奇参考自《天文学杂志》论文（2025 年），本内容在此相关信息基础上编撰而成，其中配图，未标注出处者，均为自制或公开图库素材。