Naukowcy odkryli, że prędkość dźwięku na Marsie jest dziwnie inna

Naukowcy potwierdzają prędkość dźwięku Marsużywając sprzętu na pokładzie łazika Perseverance do badania atmosfery czerwonej planety, która bardzo różni się od ziemskiej.

To, co odkryli, może mieć w przyszłości dziwne konsekwencje dla komunikacji na Marsie.

Wyniki sugerują, że próba mówienia w marsjańskiej atmosferze może wywołać dziwny efekt, ponieważ wysoki dźwięk wydaje się przemieszczać szybciej niż tony basowe. Nie, żebyśmy próbowali, ponieważ atmosfera Marsa jest nie do oddychania, ale z pewnością fajnie jest o tym myśleć!

Z naukowego punktu widzenia odkrycia, ogłoszone na 53. Kongresie Nauk Księżycowych i Planetarnych przez planetologa Baptiste Chade z Los Alamos National Laboratory, ujawniają wysokie wahania temperatury na Marsie, które wymagają dalszych badań.

Prędkość dźwięku nie jest uniwersalną stałą. Może się zmieniać w zależności od gęstości i temperatury medium, przez które jest przenoszona; Im gęstsze medium, tym szybciej będzie.

Dlatego dźwięk przemieszcza się z prędkością około 343 metrów (1125 stóp) na sekundę w atmosferze o temperaturze 20°C, ale także z prędkością 1480 metrów na sekundę w wodzie i 5100 metrów na sekundę w przypadku stali.

Atmosfera Marsa jest znacznie słabsza niż Ziemi, około 0,020 kg/m³w porównaniu do ok. 1,2 kg/m³ dla ziemi. Już samo to oznacza, że ​​dźwięk będzie się inaczej rozchodził na Czerwonej Planecie.

Ale warstwa atmosfery tuż nad powierzchnią, znana jako planetarna warstwa graniczna, ma dodatkowe komplikacje: w ciągu dnia wzrost temperatury powierzchni generuje konwekcyjne pchnięcia, które tworzą potężne turbulencje.

Konwencjonalne przyrządy do testowania gradientów temperatury powierzchni są bardzo dokładne, ale mogą wykazywać różne efekty interferencji. Na szczęście wytrwałość ma coś wyjątkowego: mikrofony, które pozwalają nam Usłysz głosy Marsalaser, który może wydawać dźwięki w idealnym momencie.

Mikrofon SuperCam jest dołączony do rejestrowania wahań ciśnienia akustycznego z laserowego spektrometru lawinowego łazika podczas usuwania próbek skał i gleby z powierzchni Marsa.

Łazik Perseverance NASA na Marsie. (NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Jak się okazuje, przyniosło to doskonałą korzyść. Chide i jego zespół zmierzyli czas między wystrzeleniem lasera a dźwiękiem uderzającym w mikrofon SuperCam na wysokości 2,1 metra, aby zmierzyć prędkość dźwięku na powierzchni.

„Prędkość dźwięku odzyskanego za pomocą tej techniki jest obliczana na całej ścieżce propagacji akustycznej, która biegnie od ziemi do wysokości mikrofonu” – napisali naukowcy. W ich referacie konferencyjnym.

„Tak więc przy dowolnej długości fali jest on wirowany przez zmiany temperatury, prędkości i kierunku wiatru na tej ścieżce”.

Wyniki potwierdzają przewidywania dokonane na podstawie tego, co wiemy o marsjańskiej atmosferze, upewniając się Dźwięki te rozchodzą się w atmosferze blisko powierzchni z prędkością około 240 metrów na sekundę.

Jednak ekscentryczność zmieniającego się akustycznego krajobrazu Marsa jest czymś zupełnie nieznanym, ponieważ warunki na powierzchni Marsa prowadzą do ekscentryczności niespotykanych nigdzie indziej.

„Ze względu na wyjątkowe właściwości cząsteczek dwutlenku węgla przy niskim ciśnieniu Mars jest jedyną ziemską atmosferą w Układzie Słonecznym, która doświadcza zmiany prędkości dźwięku w środku zakresu częstotliwości słyszalnych (20 Hz do 20 000 Hz)” Naukowcy piszą.

Przy częstotliwościach powyżej 240 Hz aktywowane zderzeniem wzorce cząsteczek dwutlenku węgla nie mają wystarczającej ilości czasu odpoczyneklub powrócić do pierwotnego stanu. W rezultacie dźwięk przemieszcza się z prędkością ponad 10 metrów na sekundę przy wyższych częstotliwościach niż przy niższych częstotliwościach.

Może to prowadzić do tego, co naukowcy nazywają „wyjątkowym doświadczeniem słuchowym” na Marsie, gdzie wyższe dźwięki docierają do słuchacza szybciej niż niższe.

Biorąc pod uwagę, że wszyscy astronauci podróżujący na Marsa w najbliższym czasie będą musieli nosić skafandry ciśnieniowe ze sprzętem komunikacyjnym lub mieszkać w kapsułach ciśnieniowych, jest to mało prawdopodobne, aby stanowił bezpośredni problem – ale może to być interesująca koncepcja dla pisarzy science fiction. naruszone.

Ponieważ prędkość dźwięku zmienia się z powodu wahań temperatury, zespół był również w stanie wykorzystać mikrofon do pomiaru dużych i szybkich zmian temperatury na Marsie, których inne czujniki nie były w stanie wykryć. Dane te mogą pomóc wypełnić niektóre puste przestrzenie w szybko zmieniającej się warstwie granicznej Marsa.

Zespół planuje nadal wykorzystywać dane z mikrofonu SuperCam do monitorowania wpływu zmian dziennych i sezonowych na prędkość dźwięku na Marsie. Planują również porównać odczyty temperatury akustycznej z odczytami z innych instrumentów, aby spróbować obliczyć duże wahania.

Możesz przeczytać referat konferencyjny Na stronie konferencji.