Thuyết tương đối Einstein chỉ ra điều bất ngờ: Vì sao thời gian trên Sao Hỏa ‘tăng tốc’ so với Trái Đất?

Câu 1: Theo nghiên cứu mới nhất của Viện NIST (Mỹ), thời gian trên bề mặt Sao Hỏa trôi nhanh hơn Trái Đất trung bình bao nhiêu micro giây mỗi ngày?

A. Khoảng 39 micro giây

B. Khoảng 1.200 micro giây

C. Khoảng 477 micro giây

D. Khoảng 2.600 micro giây

Giải thích: Các nhà khoa học NIST tính toán rằng đồng hồ trên Sao Hỏa chạy nhanh hơn Trái Đất trung bình 477 micro giây mỗi ngày do tác động tổng hợp của thuyết tương đối rộng (trọng lực yếu hơn) và thuyết tương đối hẹp (vận tốc quỹ đạo thay đổi theo elip). Sai lệch này tuy nhỏ nhưng có ý nghĩa lớn đối với hệ thống định vị và liên lạc liên hành tinh trong tương lai.

Đáp án đúng là: C. Khoảng 477 micro giây

Câu 2: Nguyên nhân chính khiến thời gian trên Sao Hỏa “nhanh hơn” Trái Đất là gì theo thuyết tương đối rộng của Einstein?

A. Trọng lực bề mặt Sao Hỏa yếu hơn Trái Đất khoảng 62%

B. Sao Hỏa quay chậm hơn nên ngày dài hơn

C. Sao Hỏa ở xa Mặt Trời hơn nên chịu lực hấp dẫn yếu hơn

D. Khí quyển Sao Hỏa mỏng khiến đồng hồ cơ học chạy nhanh

Giải thích: Theo thuyết tương đối rộng, thời gian trôi chậm hơn ở nơi có trường hấp dẫn mạnh hơn. Trọng lực bề mặt Sao Hỏa chỉ bằng khoảng 38% Trái Đất (yếu hơn 62%), do đó hiệu ứng giãn nở thời gian hấp dẫn giảm, khiến đồng hồ trên Sao Hỏa chạy nhanh hơn so với đồng hồ ở nơi có trọng lực mạnh như Trái Đất. Đây là nguyên nhân chính tạo ra chênh lệch 477 micro giây mỗi ngày.

Đáp án đúng là: A. Trọng lực bề mặt Sao Hỏa yếu hơn Trái Đất khoảng 62%

Câu 3: Tại sao sai lệch thời gian 477 micro giây/ngày giữa Trái Đất và Sao Hỏa lại có thể gây vấn đề nghiêm trọng cho hệ thống định vị tương lai (Mars-GPS)?

A. Tín hiệu radio bị chậm do khoảng cách quá xa

B. Nhiệt độ cực thấp trên Sao Hỏa làm đồng hồ quartz chạy sai

C. Muối perchlorate trên Sao Hỏa làm hỏng đồng hồ nguyên tử

D. Hệ thống định vị yêu cầu đồng bộ thời gian chính xác đến từng micro giây

Giải thích: Hệ thống định vị vệ tinh (như GPS) yêu cầu đồng bộ thời gian cực kỳ chính xác, sai số chỉ vài chục nano giây đã gây lệch vị trí hàng mét. Sai lệch tích lũy 477 micro giây mỗi ngày giữa Trái Đất và Sao Hỏa sẽ làm tín hiệu định vị bị lệch dần, dẫn đến sai số lớn trong dẫn đường, truyền dữ liệu hoặc điều khiển robot nếu không được hiệu chỉnh theo thuyết tương đối. Đây là thách thức kỹ thuật quan trọng cho các sứ mệnh dài hạn trên Sao Hỏa.

Đáp án đúng là: D. Hệ thống định vị yêu cầu đồng bộ thời gian chính xác đến từng micro giây