Gli orologi su Marte scorrono più velocemente di quelli terrestri, in media 477 microsecondi al giorno in più rispetto alla Terra. La scoperta, pubblicata il primo dicembre 2025 su The Astronomical Journal, rappresenta il primo calcolo preciso mai effettuato sulla differenza temporale tra i due pianeti ed è frutto del lavoro dei fisici Neil Ashby e Bijunath Patla del National Institute of Standards and Technology (NIST) statunitense, i quali hanno dovuto affrontare quello che viene definito un autentico “problema dei 4 corpi”: l’influenza gravitazionale combinata del Sole, della Terra, della Luna e di Marte stesso sulla velocità di scorrimento del tempo sul Pianeta Rosso.
La differenza di 477 milionesimi di secondo al giorno potrebbe sembrare irrilevante, circa un millesimo del tempo necessario per battere le palpebre, ma le sue implicazioni per le future missioni spaziali e per i sistemi di navigazione interplanetaria sono enormi. Come ha spiegato Patla, le reti 5G terrestri richiedono una precisione temporale nell’ordine del decimo di microsecondo, e analoghi requisiti si applicheranno alle comunicazioni tra Terra e Marte quando l’umanità avrà stabilito una presenza permanente sul pianeta.
La scoperta conferma in modo spettacolare le previsioni della teoria della relatività generale di Albert Einstein, formulata oltre un secolo fa. Secondo questa teoria, la gravità e il moto influenzano lo scorrere del tempo: gli orologi ticchettano più lentamente dove la gravità è più intensa e più velocemente dove è più debole. Si tratta del fenomeno noto come dilatazione gravitazionale del tempo, già ampiamente verificato sulla Terra attraverso esperimenti con orologi atomici e attraverso le correzioni applicate quotidianamente ai satelliti GPS, che devono compensare una differenza di 39 microsecondi al giorno rispetto agli orologi a terra.
Marte presenta caratteristiche fisiche che rendono il calcolo della sua “ora” molto più complesso rispetto alla Luna, dove gli scienziati del NIST avevano già determinato che gli orologi corrono 56 microsecondi al giorno più velocemente che sulla Terra. Il Pianeta Rosso orbita attorno al Sole a una distanza media di circa 1,52 unità astronomiche, rispetto all’unica unità astronomica della Terra, e la sua gravità superficiale è circa cinque volte più debole di quella terrestre. Questi fattori, combinati, determinano che il potenziale gravitazionale sperimentato da un orologio sulla superficie marziana sia significativamente diverso da quello terrestre, influenzando direttamente la velocità di scorrimento del tempo.
Ma la vera sfida affrontata dai ricercatori risiede nell’orbita eccentrica di Marte, la cui eccentricità (0,093) è circa cinque volte superiore a quella terrestre (0,017). Questa caratteristica provoca variazioni sostanziali nella distanza dal Sole e nel potenziale gravitazionale durante l’anno marziano, che dura 687 giorni terrestri. Come conseguenza, la differenza temporale tra Marte e Terra non è costante ma può aumentare o diminuire fino a 226 microsecondi al giorno nel corso dell’anno marziano, un’oscillazione che rende la sincronizzazione tra i due pianeti molto più complessa rispetto a quella con la Luna.
“Il problema dei tre corpi è estremamente complicato. Ora abbiamo a che fare con quattro: il Sole, la Terra, la Luna e Marte”, ha dichiarato Patla. “Il lavoro pesante è stato più impegnativo di quanto pensassi inizialmente”. Per determinare la deviazione tra gli orologi atomici su Marte e quelli sulla Terra, il gruppo di ricerca ha prima identificato un punto di riferimento sulla superficie del Pianeta Rosso, analogo al livello del mare all’equatore terrestre. Grazie ai dati raccolti dalle numerose missioni marziane, tra cui il Mars Reconnaissance Orbiter e il Mars Global Surveyor, gli scienziati hanno potuto stimare con precisione la gravità locale e costruire modelli accurati del campo gravitazionale marziano.
Il formalismo matematico sviluppato dal NIST include non solo la gravità marziana, ma anche l’influenza gravitazionale del Sole, che da solo rappresenta oltre il 99 percento della massa del Sistema Solare. Le posizioni e le velocità orbitali di Terra, Luna e Marte, insieme ai loro effetti gravitazionali reciproci, contribuiscono tutte alla complessità del calcolo. I ricercatori hanno utilizzato le effemeridi DE440 del Jet Propulsion Laboratory della NASA, che forniscono le posizioni precise dei corpi celesti, insieme a un sofisticato schema di integrazione numerica per modellare le perturbazioni mareali solari sul sistema Terra-Luna.
Lo studio introduce anche una modulazione aggiuntiva di circa 40 microsecondi al giorno che si manifesta nel corso di sette cicli sinodici, corrispondenti a circa 15,8 anni terrestri. I cicli sinodici derivano dal fatto che i periodi orbitali di Marte e della Terra non sono commensurabili: Marte impiega 1,88 anni terrestri per completare un’orbita attorno al Sole, mentre il periodo sinodico, ovvero il tempo necessario perché Marte torni nella stessa posizione relativa al Sole vista dalla Terra, è di circa 2,13 anni. Durante le opposizioni perieliche, quando Marte si trova alla minima distanza dal Sole mentre è in opposizione con la Terra, la distanza tra i due pianeti raggiunge circa 0,37 unità astronomiche, mentre durante le opposizioni afeliche può arrivare a 0,68 unità astronomiche.
La conferma sperimentale della dilatazione temporale gravitazionale ha una lunga storia che inizia con l’esperimento di Pound-Rebka nel 1960, prosegue con le osservazioni degli spettri della nana bianca Sirio B e trova una delle sue verifiche più spettacolari proprio nelle missioni marziane. Nel 1976, il lander Viking 1 permise di testare la teoria della relatività generale attraverso lo scambio di segnali radio tra la Terra e Marte: quando la linea di comunicazione passava in prossimità del Sole, il segnale subiva un ritardo dovuto alla curvatura dello spaziotempo causata dalla massa solare, ritardo che corrispondeva esattamente alle previsioni di Einstein.
Il lavoro del NIST si inserisce in un contesto più ampio di preparazione per l’espansione umana nel Sistema Solare. La NASA e i suoi partner internazionali stanno sviluppando una roadmap per le future missioni con equipaggio su Marte, e l’istituzione di uno standard temporale dedicato al Pianeta Rosso, analogo al Tempo Coordinato Universale (UTC) sulla Terra, sarà fondamentale per supportare le operazioni di comunicazione, posizionamento e navigazione. “Il tempo è giusto per la Luna e Marte”, ha affermato Patla. “Questa è la cosa più vicina al realizzare la visione fantascientifica dell’espansione attraverso il Sistema Solare”.
Attualmente, le comunicazioni tra Terra e Marte subiscono ritardi che variano da 4 a 24 minuti a causa della distanza tra i due pianeti, una situazione paragonata da Patla alle comunicazioni dell’era pre-telegrafica, quando le lettere venivano consegnate a bordo di navi che impiegavano settimane o mesi per attraversare gli oceani. La conoscenza precisa della differenza temporale permetterà di costruire reti sincronizzate attraverso le vaste distanze interplanetarie. “Se si ottiene la sincronizzazione, sarà quasi come una comunicazione in tempo reale senza perdita di informazioni”, ha spiegato Patla.
Oltre alle implicazioni pratiche, la ricerca ha un valore scientifico intrinseco. Comprendere come gli orologi ticchettano su pianeti lontani rappresenta una nuova informazione che amplia la nostra conoscenza della teoria della relatività. “È bene sapere per la prima volta cosa sta accadendo su Marte dal punto di vista temporale”, ha sottolineato Patla. “Nessuno lo sapeva prima. Questo migliora la nostra conoscenza della teoria stessa, la teoria di come gli orologi ticchettano e la relatività. Il passaggio del tempo è fondamentale per la teoria della relatività: come lo realizzi, come lo calcoli e cosa lo influenza. Questi possono sembrare concetti semplici, ma possono essere piuttosto complicati da calcolare”.
Il framework teorico sviluppato dal NIST include equazioni che tengono conto del potenziale gravitazionale superficiale di Marte, della sua orbita eccentrica e degli effetti del Sole, della Terra e della Luna. Gli scienziati hanno definito una costante LM per Marte, equivalente alla costante LG definita per la Terra, che rappresenta l’offset del tasso di scorrimento degli orologi sull’areoide marziano (l’equivalente marziano del geoide terrestre) rispetto al centro di massa del pianeta. Questa costante è stata calcolata utilizzando due diversi modelli del campo gravitazionale marziano, il MRO120D e il Goddard Mars Model (GMM-3), ottenendo risultati concordanti.
Lo studio evidenzia anche che, confrontando gli orologi su Marte con quelli sulla superficie lunare, i primi ticchettano più velocemente di 421,5 microsecondi al giorno. Le applicazioni future includeranno sistemi di navigazione simili al GPS terrestre, che dipenderanno da orologi precisi e dalla capacità di analizzare gli effetti sui tassi di scorrimento degli orologi con l’aiuto della teoria della relatività generale di Einstein. Come ha osservato Ashby, “Potrebbero passare decenni prima che la superficie di Marte sia coperta dalle tracce di rover vaganti, ma è utile studiare ora le questioni coinvolte nello stabilire sistemi di navigazione su altri pianeti e lune”.
La pubblicazione su The Astronomical Journal rappresenta un passo fondamentale verso la costruzione di un’infrastruttura temporale interplanetaria, gettando le basi per quello che potrebbe diventare un “Internet del Sistema Solare”, dove la sincronizzazione precisa tra orologi su diversi corpi celesti sarà essenziale per le comunicazioni, la navigazione e le operazioni scientifiche dell’umanità nello spazio profondo. Per restare sempre aggiornato scarica GRATIS la nostra App!
