Resumen: El registro del tiempo en dos lugares de otro planeta se transforma en un reto, al menos cuando se lo calibra para nuestros propios ritmos. En la Tierra, se necesitaron miles de años para que los navegantes registraran el tiempo con algunos estándares confiables. Pero cuando no estamos sobre nuestro planeta, los familiares tics del reloj necesitan una calibración solar. Algunos de los primeros relojes interplanetarios nacieron en 1976 con la misión Viking a Marte, pero desde entonces el control temporal interplanetario ha avanzado. Michael Allison de la NASA describe cómo poner en marcha un reloj marciano.|





El registro del tiempo en Marte parece fácil. Al igual que el agregado de años bisiestos, algún tipo de compensación del tiempo estándar podría ser imaginado para tener en cuenta el más largo día marciano. Puesto ingenuamente, el seguir la marcha del tiempo marciano podría parecer requerir solamente el agregado de un pequeño alargue diario. Cada día en Marte necesita un buen reloj que pueda funcionar 2.375,44 segundos más.

La Hora en Marte

Spirit Gusev site Sol: 382 Time: 00:30 Opportunity Meridiani site Sol: 361 Time: 12:29 Living on Mars Time

Pero a un nivel más profundo, el tiempo está íntimamente ligado a la órbita del planeta. Como expuso el problema Michael Allison, el diseñador de un reloj Marte24 para los actuales Vehículos de Exploración de Marte, uno no puede escapar a la dominante fuerza de la luz solar, aún cuando se resida en otro planeta. El Sol es de hecho el maestro relojero.

Atardecer en Marte, misión Pathfinder Crédito: NASA/JPL

Hoy en Marte, las consecuencias de una incorrecta medición del tiempo serían devastadoras. Para su energía, el vehículo depende de sus conjuntos solares. Las brillantes horas diurnas ayudan a calentar su equipo electrónico para un control térmico completo durante las frígidas noches (cuando la temperatura baja a menos de -70ºC). Los directores de misión se refieren a menudo a su modo nocturno de baja energía, como que el vehículo “se va a dormir” antes de que el sol caiga. El vehículo “despierta” tarde en la mañana (normalmente después de las 10 AM hora local), un ritual diario que se dispara siempre después del amanecer.

Estos problemas de hora se hacen mayores cuando los directores de misión intentan sincronizar dos ritmos circadianos de equipos terrestres, mientras trabajan con dos vehículos en lados opuestos de otros planetas. Como explicó el investigador principal Steve Squyres: “se pone realmente confuso”. Si tal predicamento se considera posible en un sentido interplanetario, tanto en Marte como en Pasadena están de servicio un poco más de 24,7 horas. El equipo de Pasadena tiene que dar lo mejor de sí por “aproximadamente 24 horas y 6/7”.

Astrobiology Magazine tuvo la oportunidad de hablar con Michael Allison sobre el Reloj Marte24. Allison y su colega, Robert Schmunk, ambos del Instituto Goddard para Estudios Espaciales (GISS) de la NASA en la ciudad de Nueva York, han asumido la tarea de comprender el tiempo interplanetario. De esa forma, sin importar a dónde vayamos, el reloj continuará funcionando con seguridad, como la manera en que la naturaleza impide que todo suceda al mismo tiempo.

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Astrobiology Magazine (AM): ¿Cómo fue que Ud. se interesó inicialmente en el registro de la hora en Marte?.

Michael Allison (MA): Por mucho tiempo he estado interesado en la imposición solar de estaciones en otros planetas, incluyendo al satélite de Saturno, Titán, en conexión con mi investigación de atmósferas extraterrestres. Pero hace unos pocos años, como miembro del equipo de ciencia del malogrado Orbitador Climático de Marte ( MCO), mis preparaciones para hacer un mapa del tiempo climatológico diario de Marte por medio de una nave sol-sincrónica hizo que de pronto el asunto del registro de la hora en Marte se convirtiera en un tema de importancia práctica para mi propio trabajo en el proyecto.

Resultó aparente para mí que sería muy valioso tener un algoritmo certero y eficiente para el cálculo de la variable iluminación solar del planeta. Por un lado, la extrema excentricidad de la órbita marciana, unas cinco veces tan larga como la de la Tierra, junto con la aproximada alineación de su solsticio invernal septentrional con su perihelio, hace que sea un planeta muy dependiente de sus estaciones. Y lo que es igualmente importante, el muy rápido tiempo de enfriamiento debido a su atmósfera fría y delgada le da a Marte una respuesta exagerada a la hora local del día en su superficie (hay algunos indicios proporcionados por el aterrizador marciano de que casi se podría poner en hora el reloj por la dirección del viento).

El Aterrizador Viking -1 (1976) mostró cambios dramáticos en la luz solar durante la actividad de una tormenta de polvo. Aunque aquí los colores han sido procesados y no son reales, muestran los cambios relativos durante casi 600 Soles en la superficie. Crédito: JPL/NASA

Mientras que el cálculo de la longitud estacional y los “ángulos horarios” solares puede ser extraído de cualquiera de los programas de efemérides existentes, éstos son computacionalmente elaborados y por lo tanto no pueden ser fácilmente adaptados a modelos atmosféricos o rutinas de procesamiento de datos que estén off-line. Descubrí, sin embargo, que podía computar tanto la estación solar como la hora del día en Marte con gran precisión con cadenas de funciones trigonométricas anidadas bastante simples, referenciadas a ciertos ángulos coordenados “areocéntricos” (es decir, centrados en Marte), los que derivé como un ajuste para un certero cálculo de efemérides.

Aunque la pérdida de MCO me impidió la utilización de mi anticipado mapeo climático marciano, es gratificante saber que mis algoritmos de tiempo solar son ahora utilizados por varios experimentadores y archivistas de datos de Marte. Y gracias a los esfuerzos de programación de mi colega de GISS, Robert Schmunk, nuestro Reloj Solar Marte24 se utiliza ahora ampliamente por el equipo de Vehículo de Exploración de Marte ( MER).

AM: ¿Cómo fue introducido inicialmente el término “Sol” para referirse al aproximadamente 39 minutos más largo día en Marte y al uso del tiempo solar?

MA: Para ser preciso, el día solar marciano promedio es de 24 horas 39 minutos 35,244 segundos, y dada la pequeña pero significativa diferencia entre ésto y el día solar en la Tierra, resultaba claro que se necesitaba una nueva terminología para establecer una distinción clara entre los dos.

Aunque se me ha preguntado muchas veces quién fue el que acuñó por primera vez el término “sol” para el día solar marciano, todavía no sé exactamente cuándo y dónde se originó. Pero llegó a ser de uso común en el proyecto Viking, con las primeras misiones exitosas de aterrizaje en Marte allá por 1976.

AM: La historia de mantener el registro del tiempo en otros planetas se retrotrae, al menos en Marte, al aterrizador Viking de 1976, cuando podría decirse que iniciaron un reloj de cuenta regresiva luego del aterrizaje, ¿correcto?.

Un diseño de un relojero local de Pasadena para el equipo MER Crédito: JPL/NASA

MA: En Marte, los Vikings proporcionaron la primera ocasión para el uso rutinario de lecturas de horas y minutos del “Tiempo Local del Aterrizador”, como el proyecto se refería al respecto. Y sí, los datos del aterrizador fueron marcados tanto con el tiempo de un reloj hora-minuto como con la cuenta número-sol de los días marcianos transcurridos luego del aterrizaje para cada uno de las dos naves.

AM: ¿Luego, en el Pathfinder de 1997, hubo un intento de iniciar los Soles por un método muy similar al de Nochevieja, cuando un nuevo reloj de Marte fue iniciado a la medianoche del primer día?.

MA: Como con los aterrizadores de 1976, el proyecto Mars Pathfinder mantuvo un tiempo de misión marcado con una cuenta sucesiva de números sol, pero comenzó con “Sol 1” en el momento de aterrizaje, en lugar de la referencia “Sol 0” adoptada por cada uno de los Vikings. Y mientras la Hora Local del Aterrizador Viking era una variación de un “Tiempo Solar Medio” de marcha invariable, el Pathfinder utilizó una “Hora Local Solar Verdadera” de marcha variable, teniendo en cuenta, quizás más certeramente, la ubicación del sol en el cielo tal como es afectada tanto por la excéntrica órbita del planeta como por la inclinación de su eje de rotación.

El diseño de la Cámara Panorámica de Marte (Pancam) tiene una barra que contiene las cabezas de la Pancam y de la Navcam (Cámara de Navegación). Un “visor” cambia la elevación de las cámaras de modo que el vehículo pueda mirar hacia arriba o hacia abajo. “La NASA obtendrá la orientación del vehículo al apuntar la Pancam para encontrar al sol en el cielo marciano. Así que, irónicamente, utilizarán algo de la misma información que la sombra de un reloj de sol le da a éste”. --Woody Sullivan, Universidad de Washington, equipo del Reloj de Sol de Marte. Crédito: Cornell University

AM: ¿Por qué se tomó la decisión para la actual misión de los aterrizadores de la NASA de utilizar otra forma de calcular los Soles?

MA: El proyecto MER adoptó incluso un tercer estándar para el tiempo solar local referenciado, revirtiendo a una especie de hora media de marcha no variable, pero calibrada de tal manera que coincidiera con el Tiempo Solar Local Verdadero en el punto medio del sol-91 nominal para cada aterrizador. Yo no estaba involucrado en la elección de estos estándares, pero puedo entender por qué un tiempo de marcha no variable podría ser deseable desde el punto de vista de la planificación experimental.

AM: ¿El Beagle 2 europeo habría seguido el mismo método?

MA: Poco después de que el proyecto MER nos pidiera adaptar nuestra unidad Marte24 para los estándares adoptados por el proyecto, mi colega Rob Schmunk le preguntó a un científico de Beagle sobre los planes del proyecto para el horario solar en Marte. Por lo que supimos, la misión Beagle no había definido ninguna referencia de hora solar para su aterrizador. Así que Rob codificó a nuestro Reloj Solar Marte24 para que midiera el tiempo de la misión Beagle en términos de la definición estándar del Tiempo Solar Local Verdadero.

AM: El cálculo de los soles no es tan directo como simplemente añadir media hora a un día terrestre, o dividir un día más largo en una unidad diferente de segundos. Depende mucho de los parámetros orbitales. ¿Puede usted hacer un resumen en términos que pueda entender una persona común de un par de los factores clave para construir un buen reloj marciano?.

MA: Como anticipa su pregunta, esto puede ser una larga historia. Los artículos que he publicado sobre este asunto proporcionan una definición bastante acertada del así llamado “Sol Medio Ficticio” en Marte, tal como fue adoptado por el proyecto MER, y ésto puede ser utilizado para definir a un “día solar medio” en Marte, en forma análoga a las convenciones adoptadas para la medición del tiempo terrestre. Uno puede entonces diseñar un reloj marciano que se mueva a la implícita velocidad ligeramente menor a la del Tiempo Solar Medio del planeta.

Una vez que fuera sincronizado a la hora apropiada a la longitud particular en Marte, tal reloj daría un trazo aproximado de la posición del Sol en el cielo de modo que a las 12 del mediodía, por ejemplo, podría proporcionar una burda indicación de la hora en la que se podría esperar que estuviera en el meridiano sobre su cabeza. Como resultado, sin embargo, de la excentricidad de la órbita de Marte alrededor del Sol y de la inclinación u “oblicuidad” de 25º19’ de su eje de rotación con respecto al plano de su órbita, el instante real del mediodía del “Solar Local Verdadero” puede variar tanto como 51 minutos del Tiempo Solar Medio, dependiendo de la estación.

Esta discrepancia es llamada “ecuación de tiempo”, la que es necesaria para una interpretación acertada de la medida del reloj solar. Existe un efecto similar en la Tierra, aunque considerablemente menor, tal como de indica en el “ analemma” de la Figura 8 tal como está impreso en algunos globos terráqueos (típicamente en alguna parte del océano Pacífico sur) mostrando un diagrama de la variación estacional de la ecuación de tiempo en nuestro planeta con la declinación del Sol. Como en Marte el solsticio de invierno llega antes, en lugar de después, de su pasaje por el perihelio, en su aproximación máxima con el Sol, el analemma marciano muestra la forma bastante diferente de una gota de lluvia.

Así que un buen reloj marciano necesitaría ser programado con el efecto de la ecuación de tiempo variable estacionalmente para dar al usuario una correcta posición del tiempo solar real.

AM: La Universidad de Cornell, Bill Nye y la Sociedad Planetaria están patrocinando el proyecto Reloj Solar de Marte como un proyecto educacional en la calibración de blanco de la cámara. ¿Es para este proyecto que fue Ud. contactado?.

En una versión anterior del reloj de sol, el gnomon era de oro, pero el brillante color interfería con la calibración. Crédito: NASA/JPL/Cornell

MA: ¡Desearía que lo hubieran hecho!. Pienso que es un vehículo maravilloso para la educación pública, y es que se da el caso que soy padre de dos niños que adoran a “Bill Nye, el Hombre de la Ciencia” ( Bill Nye the Science Guy) en la televisión pública. Mientras asistía a una conferencia sobre Marte hace dos años, conocí a Jim Bell, el investigador principal en Cornell para el experimento que llevaba a cabo el reloj de sol y le entregué una re-impresión de mi primer artículo publicado sobre los algoritmos de la medición del tiempo solar en Marte. Recuerdo que estuvo lo suficientemente interesado como para pedirme una segunda copia para uno de sus colegas.

Mi reciente atención sobre mi involucramiento actual en la misión Cassini a Saturno y Titán me ha mantenido en movimiento en diferentes círculos y desgraciadamente no he estado en otra gran conferencia sobre Marte desde entonces. Pero por supuesto que me alegraría apoyar al proyecto Reloj de Sol de Marte en cualquier forma en que les pudiera servir de ayuda.

AM: ¿Le causa alguna reacción ver que los miembros del equipo JPL estén utilizando a un joyero local para hacer relojes de Marte a la medida, basados presumiblemente en los cálculos de Marte24?.

MA: ¡Pienso que es grandioso!. Éso muestra que con toda la sofistificación de alta tecnología en los artículos digitales modernos y en la programación de computadoras, los humanos todavía tenemos afinidad para los implementos de estilo analógico. No es que sencillamente leamos números. Queremos tocar y ver cómo se mueven las cosas reales. Presumo que esos relojes fueron hechos para los miembros del equipo del Vehículo Explorador como adaptación para un gran ajuste en sus horarios diarios. Si bien por supuesto me gusta la programación de nuestro paquete Marte24, éso no es algo que te levante de la cama en las noches (aquí en la Tierra) cuando amanece en Gusev.

AM: Bill Nye nos dijo que históricamente, “la medición del tiempo ha sido más importante para la civilización que la rueda”. Con el laboratorio explorador en camino de encontrar la posición (y la hora) por la localización del Sol a través de la cámara, ¿tiene Ud. una opinión al respecto?.

En Marte, Sol4, el Spirit localiza al sol. Cliquee en la imagen para una vista mayor. “Si son las 3:00 AM en Los Ángeles, ¿qué hora es en el cráter Gusev? Ésa es la clase de problemas con la que nos estamos enfrentando esta semana. Se pone realmente confuso”. -- Steve Squyres Crédito: NASA/JPL/ Cornell

MA: Pienso que es una observación interesante. La medición astronómica del tiempo proporcionó la fundación de los datos que llevaron a Kepler, Newton, y a sus sucesores al descubrimiento de las leyes físicas que sirven como base de toda nuestra tecnología. Sin una medición correcta del tiempo, el comercio mundial moderno se detendría rápidamente. Es fácil dar por sentado la aparentemente sencilla sincronización mundial de nuestra cultura. Pero la estandarización de zonas horarias mundiales y sus referencias a un “primer meridiano” fue comprendida hace tan poco tiempo como en 1884, principalmente como resultado de la incansable persuasión de Sir Sanford Fleming, un ingeniero de ferrocarriles canadiense.

AM: Hay varias propuestas ( calendario Zubrin, calendarios zodiacales marcianos, y relojes métricos) en los cuales las unidades de tiempo de 12 y 60 adquieren una importancia diferente. ¿Está Ud. en favor de alguna división del tiempo en Marte que sea familiar, parecida a la de la Tierra, o preferiría una versión totalmente nueva?.

MA: A todos los que nos gusta pensar que otros planetas están naturalmente dotados para la novedad y como las clases académicos tienden a ser bastante independientes en sus maneras de pensar, no resulta sorprendente que haya tantas propuestas diferentes para los calendarios marcianos y para la forma de registrar allí el tiempo. Existen obviamente algunas utilidades prácticas para las divisiones decimales.

Applet (aplicación en línea) Marte24. Cliquee aquí para una vista mayor de las proyecciones noche-día de Marte. Crédito: NASA/GISS Dr. Who: “La Tierra no es mi hogar, Sarah. Soy un Señor del Tiempo” Sarah: “Oh, ya sé que Ud. es un Señor del Tiempo”. Dr. Who: “Desactivar el rizo de un generador sin la llave correcta es como reparar un reloj con un martillo y un cincel. Un movimiento en falso y nunca más sabrás la hora”. - Dr. Who, Espectáculo de TV, episodio: Las Pirámides de Marte.

La revolución francesa intentó reformar el registro diario del tiempo en términos de subdivisiones decimales, pero obviamente no lo logró. Los astrónomos, en cambio, utilizan con frecuencia una cronología medida secuencialmente de “números de Días Julianos”, con subdivisiones decimales de las fechas correspondientes. Pero creo que sería mejor retener el sistema de registro 24 horas - 60 minutos - 60 segundos para el tiempo solar en Marte, como ha sido adoptado por cada misión que aterrizó allí.

Algún día será importante diseñar una cronología coherente de día solar para Marte, en lugar de series sol-número separadas para cada misión que haya aterrizado, una tras otra; y algún día un calendario con medida humana. Hace unos pocos años yo mismo diseñé, uno, combinando 12 meses con los familiares nombres del calendario Gregoriano, pero intercalados con 10 nuevos meses y haciendo un total de 22 subdivisiones de 30/31 días solares como se necesiten para un total de 668,6 soles en un año tropical de Marte. Pero hay por ahí cientos de sugerencias diferentes.

Aunque no hemos intentado apoyar ninguna de ellas con Marte24, sí se incluye como una de sus lecturas una “Fecha Sol de Marte” o MSD medida desde una conjunción particular de las estaciones Marte-Tierra y tiempos medios meridianos a fines del siglo diecinueve... junto con una subdivisión decimal en mil partes de cada día solar.

AM: ¿Existe alguna propuesta para tener un tiempo universal más absoluto basado en las rotaciones de las estrellas o algo que no cambie mucho de un planeta a otro en nuestro sistema solar?.

MA: Los relojes atómicos ya proporcionan un tiempo universal estándar suficientemente certero para la variación medida de la rotación planetaria, incluyendo la disminución de la velocidad de rotación de la Tierra a causa de las mareas lunares. Pero sí, algunos han propuesto que un apropiado conjunto promedio de velocidades de rotación de pulsares podría proporcionar una referencia aun más preciso. Pero pienso que todavía habrá necesidad de diseñar sistemas de medida de tiempo adaptados a los ciclos temporales únicos de los diferentes planetas, principalmente como resultado de la presencia dominante de la luz solar.

AM: ¿Alguna sugerencia para la adaptación humana a tales ritmos no circadianos?

MA: No sé. Habrá que hacer mucho ejercicio y comenzar cada sol con un buen desayuno. Tengo entendido que algunos estudios de largo plazo de los patrones de sueño sugieren que en ausencia de luz, los humanos pueden tender a derivar a un período de repetición diurna ligeramente diferente al de 24 horas en el cual vive la mayoría.

Me gusta pensar que los humanos pueden ser una especie muy adaptable... y mirar hacia delante, hasta el tiempo en que vivamos en otros planetas.