Настойчивость: у звука на Марсе две разные скорости, обнаружил марсоход НАСА | Наука и технология

18 февраля 2021 г. Агентство НАСА упорство вездеход Ставь на Марс. Через неделю земляне впервые смогли услышать звуки Марса, По этому поводу ветер. Теперь, спустя год и почти пять часов записи, недавно опубликованное исследование раскрыло все секреты того, как звучит Красная планета. Там звуковые волны распространяются медленнее и медленнее затухают. Скорость звука не одна, а две: высокие и низкие частоты распространяются с разной скоростью. Эти данные помогают ученым лучше понять марсианскую атмосферу, что станет ключевым знанием, когда туда доберутся люди.

упорство Это самая амбициозная миссия, когда-либо отправленная на Марс. Сама машина — чудо техники. Основная цель марсохода — взять образцы, затем упаковать их и оставить после себя, как ориентиры, на пути через кратер Джезеро. Все идет своим чередом, и в этом году это случилось Едва проехал три километра Она собрала семь образцов из более чем 40 образцов, которые она должна была собрать.

Предполагается, что в течение десятилетия эти материалы будут возвращены на Землю, тем самым выполнив задачу: поиск признаков жизни, которые могли быть на Красной планете 3,5 миллиарда лет назад. Среди его семи инструментов два микрофона. Это далеко не просто, но это то, что каждый может купить в магазине. Один из них интегрирован в систему камер EDL и записывает шум, производимый шестью колесами во время движения. Другой сопровождает инструмент SuperCam, который устанавливается на мачте. упорство Он записывает окружающий шум каждые несколько минут. Но у кого-то из Университета Малаги (UMA) на юге Испании есть идея, до которой никто не додумался: марсоход может записывать звук лазера, когда он разбивает марсианские скалы.

Группа под руководством профессора UMA Хавьера Ла Серна оснастила миссию НАСА системой спектроскопии для анализа светового сигнала, излучаемого лазером. Луч отключается на несколько секунд, в течение которых излучается свет. Спектр этого света можно проанализировать, чтобы увидеть, что представляют собой камни, но он также создает шум. Как отмечает Сезар Альварес из команды Laserna, «микрофон SuperCam синхронизирован с лазером, и в течение этих секунд вы можете услышать звук, когда поднимаете камни». Его коллега Хавьер Аморос, также из UMA и соавтор исследования, говорит: «Если вы знаете расстояние до скалы, вы можете измерить скорость звука».

В этом году результаты регистрации голосов опубликованы в Научный журнал природа. Хотя это не совсем ново для специалистов по акустике, поскольку это уже было сделано с моделями на Земле, самый удивительный результат заключается в том, что скорость звука зависит от частоты.

Марс очень спокоен, и до марсоходов был только шум ветра

Хосе Антонио Родригес из Центра астробиологии в Испании.

По моделям, учитывая атмосферное давление — которое на марсианских самолетах примерно в 100 раз меньше, чем давление на Земле на уровне моря — и физические свойства окружающей среды — в марсианской атмосфере преобладает углекислый газ — было подсчитано, что звуковые волны будет двигаться со скоростью около 240 метров в секунду по сравнению с 342 метрами на Земле. Моделирование было не за горами.

Скорость звука днем ​​колеблется от 240 м/с до 257 м/с. Различия соответствуют частоте: самая высокая, выше 2 кГц, распространяется до 257 м/с. Между тем, более низкие частоты, около 84 Гц, движутся медленнее, примерно со скоростью 240 м/с. Хотя и гипотетически, разговор между двумя людьми, находящимися всего в пяти метрах друг от друга, просто вызвал бы непонятную какофонию.

Для авторов исследования, разное затухание По отношению к Земле это самое поразительное свойство звука на Марсе. Низкая плотность атмосферы планеты делает затухание намного большим, чем на поверхности Земли. Поскольку сила исходного сигнала теряется при прохождении через среду, физика этого процесса относительно проста: когда звуковая волна движется по воздуху, частицы сталкиваются друг с другом, колеблются и выделяют тепло. Часть звуковой энергии рассеивается в среде. Волшебство этого процесса объясняет физик Мануэль де ла Торре, исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА, который стоит за упорство Миссия. «Мне показалось интересным, как микрофон улавливает ритм рассеяния энергии из атмосферы, чтобы нагреть ее в очень разреженной атмосфере, богатой углекислым газом. Можно даже услышать масштаб, когда движение достигает размера пространства между молекулами. , Это динамическая система, которую трудно измерить на Земле».

Но звук Марса сам по себе не очень интересен. Ветер, колеса и лазерные записи действуют как зеркало среды: атмосферы Марса. Анализатор динамики окружающей среды Mars (MEDA), один из упорствоTools, отвечает за изучение этого. MEDA — передовая метеорологическая станция, главным исследователем которой является Хосе Антонио Родригес из Центра астробиологии (CAB), входящего в состав Испанского национального института космических технологий. «Марс очень тихий, и до марсоходов был только шум ветра», — объясняет Родригес. В течение дня в ближайшем к поверхности слое создается конвективная турбулентность, для которой характерно вертикальное движение воздуха, вызванное солнечным светом и неустойчивым температурным градиентом. «Записи позволяют нам изучить различия внутри этих штормов. Мы проводим исследование турбулентности с помощью MEDA с данными о температуре и давлении… но звук позволил это сделать на микроуровне», — добавляет испанский ученый.

По сравнению с миллионами метеостанций на Земле, на Марсе их всего три — они все испанцы. В дополнение к другим данным, которые они собирают, теперь мы можем добавить звук, записанный упорство. Как объясняет Родригес, «эти станции и данные с микрофонов позволяют нам улучшать модели и лучше понимать атмосферную динамику для разработки будущих миссий».