Délka dne a střídání ročních období na Marsu

Pro plánování aktivit misí na povrchu a na oběžné dráze Marsu, pro studium počasí, jeho sezónních změn a dalších atmosférických jevů, je potřeba znát místní čas. Při jeho měření pozemskými hodinami bychom však neuspěli. Marsovský střední sluneční den je totiž delší než ten pozemský, činí 24 hodin, 39 minut a 35.244 sekund. Pozemské hodiny by se tedy na Marsu velice rychle rozešly se skutečnou denní dobou.

První velice podrobnou analýzu o měření času na Marsu a střídání jeho ročních období publikoval v roce 1997 Michael Allison2 z Goodardova střediska NASA. Vycházel přitom nejen z pozemských pozorování, ale i z dat kosmických sond vypuštěných k Marsu. Především sondy Viking 1 a Viking 2 mu poskytly velice podrobné a přesné údaje. V roce 2000 pak Allison publikoval podrobnější analýzu3, do které zahrnul i výsledky z pozorování sondy Pathfinder.

Měření času

Všeobecně byla přijata konvence, která délku marsovského dne dělí stejným způsobem, jako je zvykem na Zemi, tedy den má 24 hodin, hodina 60 minut a minuta 60 sekund. Sekunda používaná při měření marsovského času však musí být 1,0274912504 násobkem sekundy definované SI. Na rozdíl od sekundy SI však marsovská sekunda nemá obdobnou přesnou definici.

Při určování času na povrchu Marsu se používají různé typy časů. Jsou to MTC, LMST a LTST.

MTC (Mars Time Coordinated) je čas odvozený ze střední délky marsovského slunečního dne a je analogií pozemského UT. Je to čas na nultém marsovském poledníku, který prochází středem malého kráteru Airy-0. Proto se tento čas někdy označuje jako AMT (Airy Mean Time) obdobně jako pozemský čas GMT.

LMST (Local Mean Solar Time) označuje místní střední sluneční čas. Jedná se o MTC přepočítaný na danou zeměpisnou délku.

LTST (Local True Solar Time) označuje místní pravý sluneční čas, který je dán hodinovým úhlem středu slunečního kotouče na obloze. Zjednodušeně se dá říci, že se jedná o čas, který by ukazovaly sluneční hodiny. Obecně je odchylka pravého sluneční času od středního je způsobena výstředností oběžné dráhy planety.

MT (Mission Time) čas většinou odvozený od LMST, který používá řídící středisko pro plánování veškerých aktivit dané sondy.

Kromě uvedených základních časů se v případě Marsu ještě občas používá LMZT (Local Mean Zone Time), který však není až tak důležitý. Jedná se o pásmový čas (podobně jako na Zemi, lze i na Marsu zavézt 24 pásem).

Pro odlišení pozemského a marsovského dne se pro délku marsovského dne používá označení Sol. Marsovský den tedy trvá 1 sol, ale 1,0274912504 pozemského dne. Pojem sol se používá nejenom pro Mars, ale i pro další tělesa sluneční soustavy.

Rozdíl mezi LMST a časem mise MT (Mission Time)

LMST a MT se liší prakticky u všech sond, které na Marsu přistály. Odchylka časů je to způsobena tím, že MT není čas LMST vztažený ke skutečnému místu přistání, ale k souřadnicím plánovaného místa přistání, případně je jiná synchronizace hodin MT. Důvodů, proč MT není přesně synchronizovaný s LMST, je více, avšak hlavní je ten, že plánování aktivit sondy probíhá už dlouho před přistáním a používá se k nim čas MT. Náhlá změna času by pak mohla přinést spoustu omylů a nedorozumnění.

V případě sond Phoenix a Curiosity odpovídá MT času LMST, ale je vztažen k plánovanému místu přistání, nikoliv ke skutečnému. V důsledku toho se u Curiosity MT a LMST liší přibližně o pět sekund. U mise Phoenix, kde odchylka od plánovaného přistání byla mnohem větší, je tento rozdíl asi tři a půl minuty.

O něco složitější je situace u roverů MER-A Spirit a MER-B Opportunity. Tyto mise byly původně plánované na pouhých 90 sol a byla snaha, aby MT co nejvíce odpovídal pravému slunečnímu času LTST. Jako časová jednotka byla sice použita marsovská sekunda odvozená od LMST, ale hodiny MT se sychronizovaly tak, aby MT byl v polovině mise, ve 45 sol o půlnoci, shodný s LTST. Shodou okolností se v té době Mars nacházel v místě své oběžné dráhy, kde rozdíl LMST a LTST dosahuje téměř maxima, takže rozdíl MT a LMST u těchto dvou misí přesahuje třicet minut. Podobnám způsobem byl synchronizovaný MT i u sond Viking s tím rozdílem, že MT se synchronizoval s LTST o předešlé pravé půlnoci LSTS před přistáním sondy. Čas, kdy dochází k synchorizaci podle LTST se často nazývá HLST (Hybrid Local Solar Time).

Marsovský rok

Siderická oběžná doba Marsu kolem Slunce je 686,9798 dnů, což odpovídá 668,5992 sol. Je to doba, za kterou Mars oběhne Slunce ve vztažné soustavě spojené s hvězdným pozadím. Mnohem důležitější je však tropický rok, který je měřen vzhledem k jarnímu bodu Marsu, a podle kterého lze určit střídání sezón na povrchu planety. Jarní bod Marsu se vlivem precese jeho rotační osy neustále pohybuje proti směru oběhu Marsu kolem Slunce a jeden peresní cyklus, kdy jarní bod opíše po marsovské ekliptice celých 360°, činí 167 000 roků (-7,76 arcsec/r). Tropický rok je tedy o trochu kratší než siderický, jeho délka je 686,9726 dnů (668,5921 sol).

Střídání ročních období na Marsu, stejně jako na Zemi, určuje areocentrická délka Slunce Ls (na Zemi geocetrická). Je to úhlová vzdálenost středu slunečního kotouče měřená od jarního bodu (jarní rovnodenost Ls=0°, letní slunovrat Ls=90°, podzimní rovnodenost Ls=180° a zimní slunovrat Ls=270° - vztaženo k severní polokouli Marsu). Díky větší výstřednosti oběžné dráhy Marsu než Země se však délka jednotlivých marsovských sezón značně liší. Jejich délka se pohybuje od 142 do 194 sol, kdežto v případě Země je to 89 až 93 dnů.

Kalendářní systém

Oproti rozdělení sol na 24 hodin není přijata žádná konvence pro dělení roku na menší úseky. Pokud bychom chtěli pro Mars vytvořit kalendářní systém obdobný gregoriánskému kalendáři, museli bychom vyjít z délky marsovského tropického roku, jehož délka je 668,5921 sol. Již z jeho délky je však vidět, že každý druhý rok musí být přestupný a budou se tedy střídat roky s 668 a 669 sol. Aby takový kalendář byl dlouhodobě dostatečně přesný, měl by mít kalendář cyklus 500 marsovských roků. Mohli bychom například zvolit délku lichých roků 669 sol a délku sudých 669 sol s několika výjimkami. Roky dělitelné 10 by měly 669 sol, roky dělitelné 100 by byly dlouhé 668 sol a roky dělitelné 500 opět s délkou 669 sol. Zatím však nenastala potřeba vytvořit kalendář pro Mars s dělením na měsíce. Místo kalendáře se však používá MSD (Mars Sol Date) nebo MY (Mars Year).

MSD je obdobou juliánského datování JD používaného v astronomii. Jedná se o průběžné počítání dnů od určitého data. V případě juliánského datování se počítají dny, které uplynuly od poledne 1.1.4713 př. n. l. Tento den byl označen pořadím 0. MSD je obdobným systémem, kdy se počítají sol, které uplynuly od poledne 29.12.1873 12:00:00 GMT (JD=2405522.0).

V sol se počítá i doba trvání misí na Marsu. Je to opět průběžné počítání sol od okamžiku přistání s tím, že sol se přičítá o půlnoci MT. Pro pořadové číslo prvního sol v den přistání však není ustálené žádné pravidlo. Některé mise začínaly sol 0, jiné naopak sol 1. V případě MSL Curiosity se začalo počítání od sol 0.

MY se přičítá o jedničku každým průchodem Slunce marsovským jarním bodem (Ls=0°). Jako rok 1 byl zvolen průchod 11.4.1955 (JD=2435208.95).

Marsovský rok se píše ve tvaru např. MY34 pro rok 34. Lze se s ním často setkat ve vědecké literatuře. Jeho použití může být praktičtější než MSD, protože se lépe pamatuje.

Miniaplikace a aplikace pro Android

Miniaplikace i aplikace rpo Android počítá čas pomocí algoritmů, které byly sestaveny na základě prací Michaela Allisona23 (LTST, LMST, MTC, MSD, výška Slunce nad obzorem, azimut a Ls).

Pro další doplňující a upřesňující výpočty, jako jsou vzdálenosti Země a Marsu od Slunce, vzájemné polohy obou planet, azimut a výška Země nad obzorem pro zvolené místo na povrchu Marsu, případně poloha Marsu na zemské obloze, byly použity efemeridy DE435 JPL NASA pro Slunce, Mars, barycetrum Země-Měsíc, Měsíc. K výpočtům byl dále použit referenční ellipsoid Marsu IAU2000 případně geodetický model Země WGS84 u aplikace ISS.

Online kalkulačka

Pro výpočet času na Marsu můžete použít online kalkulačku, která kromě výpočtu marsovského času počítá i zdánlivé polohy Země a Slunce pro vybrané pozorovací místo na povrchu Marsu.