Certes, le décalage temporel dont il est question entre nos deux planètes est infinitésimal à l’échelle cosmique, mais il donnera du fil à retordre à l’humanité si nous nous installerons réellement un jour sur Mars. Le projet de colonisation est en préparation depuis au moins 20 ans, principalement porté par Elon Musk et sa société SpaceX, qui affichent une confiance presque insolente quant à celui-ci.
Selon deux chercheurs du NIST (National Institute of Standards and Technology), Bijunath Patla et Neil Ashby, le temps s’écoule très différemment sur Mars, cette dernière voyant le rythme de ses horloges devancer le nôtre d’environ 477 microsecondes chaque jour. Une avance très modeste, puisqu’elle est plusieurs centaines de fois inférieure à la durée d’un clignement d’oeil (250 millisecondes environ), mais suffisamment importante pour que nos futures infrastructures soient impactées. Réseaux de communications ou de navigation : ce décalage temporel pourrait vite tout faire tourner au chaos.
Einstein nous avait prévenu
Pour comprendre ce qui se trame ici, il est impératif de revenir au duo de théories qui ont ébranlé le socle de la physique contemporaine qu’Einstein a formulé au début du XXème siècle. Lorsqu’il a formulé la théorie de la relativité restreinte en 1905, il démontra que le temps ne s’écoule pas de la même manière pour deux objets qui ne se déplacent pas à la même vitesse : plus on accélère, plus les secondes s’étirent.
Dix ans plus tard, en 1915, il compléta son hypothèse avec la théorie de la relativité générale en prouvant que la gravité elle aussi déforme l’écoulement du temps. Le rythme temporel d’une planète découle donc de deux facteurs : sa vitesse orbitale et la profondeur du puits gravitationnel dans lequel elle évolue.
Quel rapport avec Mars ? De notre point de vue, c’est la planète idéale pour observer les conséquences physiques qu’avait prédit Einstein. Non seulement sa gravité est cinq fois plus faible que celle de la Terre, mais son orbite, plus elliptique, la fait tantôt accélérer près du Soleil, tantôt ralentir lorsqu’elle s’en éloigne. « [Mars] est plus éloignée du Soleil et son orbite excentrique amplifie les variations temporelles », explique Patla.
Un astronaute installé sur Mars n’aurait aucune raison de penser que son horloge bat différemment : tout, dans son environnement immédiat, lui indiquerait que la cadence est normale. C’est uniquement si l’on comparait ses mesures à celles d’une horloge terrestre que l’on découvrirait ce léger décalage.
Dans leurs calculs, les deux physiciens ont également pris en compte l’influence gravitationnelle du Soleil, mais aussi celle de la Terre et de la Lune. Là, le problème se corse encore : en mécanique céleste, dès que trois corps gravitent mutuellement, leurs mouvements s’influencent les uns les autres. Ils se perturbent en permanence, et la moindre variation de vitesse ou de position modifie le comportement du trio.
C’est ce qu’on appelle le problème à trois corps : les interactions gravitationnelles sont si imbriquées entre elles que l’on ne peut plus prédire l’évolution du système avec une formule mathématique unique. Il est alors nécessaire de recourir à des simulations numériques complexes pour suivre l’évolution de trajectoires des objets étudiés.
Ici, il n’y a pas trois, mais quatre corps, ce qui a compliqué davantage le travail des chercheurs. « Le problème à trois corps est déjà extrêmement compliqué. Là, nous en avons quatre : le Soleil, la Terre, la Lune et Mars. Le travail était plus ardu que je ne l’imaginais », reconnaît Patla.
La différence quotidienne de 477 microsecondes oscille donc autour de cette valeur selon l’endroit où Mars se trouve sur son orbite et la manière dont la Terre et la Lune modifient temporairement le champ gravitationnel global. À certaines périodes, Mars « avance » légèrement plus rapidement qu’à l’accoutumée ; à d’autres, un peu moins. L’amplitude totale de ces variations atteint environ 226 microsecondes dans les deux sens, ce qui signifie que cette dérive peut être 226 microsecondes plus élevée ou 226 microsecondes plus basse que la valeur moyenne.
Petite avance mais maxi-problèmes
Une fois transposée dans un cadre concret et technologique, cette petite démonstration théorique ne l’est finalement plus tant que cela. Si nous posons un jour le pied sur Mars, la planète devra accueillir, tôt ou tard, une quantité d’infrastructures gigantesque pour assurer un minimum de sécurité opérationnelle pour les futurs colons.
Ils devront impérativement rester en lien avec la Terre, ce qui implique la mise en place de réseaux de communication fiables grâce à des satellites locaux et des balises de navigation, par exemple. Pour se repérer une fois sur place, il faudra bien qu’un système équivalent au GPS puisse exister et déployer des relais au sol pour guider les rovers.
S’installer sur Mars demandera également de concevoir des horloges atomiques martiennes capables de rester parfaitement synchronisées avec celles de la Terre et construire un réseau de stations météo indispensables pour anticiper les gigantesques tempêtes de poussière qui frappent la planète. Ces exemples ne constituent qu’une petite liste non exhaustive, mais ils ont tous un point en commun : ils dépendront de systèmes de correction des variations relativistes entre Mars et la Terre, qui ne toléreront aucune imprécision.
Prenons un exemple : les réseaux 5G que nous utilisons actuellement sur Terre nécessitent une synchronisation à un dixième de microseconde près. Atteignant 477 microsecondes quotidiennement, la dérive martienne excède ainsi de 4 700 fois la marge de synchronisation tolérée par nos réseaux 5G. Un réseau martien théorique reposant sur ce standard planterait donc immédiatement, rendant les communications impossibles.
D’où l’urgence de cette problématique pour Ashby, qui tempère toutefois : « Même si Mars ne sera pas recouverte de traces de rovers avant des décennies, il est utile d’étudier dès maintenant les questions liées aux systèmes de navigation sur d’autres planètes et lunes ». Et comment, en effet, désapprouver cette démarche ? Il faudra, dans tous les cas, prendre le taureau par les cornes sans céder à l’euphorie Muskienne, lui qui voit déjà la planète rouge comme quasiment acquise. Un optimisme messianique qui s’accommode très mal des lois de la physique fondamentale, qui resteront indifférentes aux discours triomphants sur le prétendu avenir martien de l’humanité. Non pas que nous doutions des compétences des ingénieurs de SpaceX, ce n’est pas la question ; peut-être devront-ils simplement revoir un peu leur calendrier et respecter celui qu’avait édifié Einstein il y a 110 ans.
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