Скорость звука на Марсе постоянно меняется, показало странное исследование

Новое исследование показывает, что скорость звука на Марсе значительно варьируется в зависимости от местоположения и температуры. Результаты могут помочь ученым понять звуки, улавливаемые марсианскими марсоходами, а также сделать будущие экспедиции более безопасными.

Исследователи выяснили детали того, как звук ведет себя в разное время и в разных местах на Марсе — и результаты сильно отличаются от того, к чему мы привыкли на Земле.

Марсоход НАСА Perseverance оснащен несколькими микрофонами. Эти устройства, предназначенные для изучения свойств материалов на Красной планете, уловили всевозможные дополнительные звуки, в том числе жуткое шипение марсианских пылевых дьяволов. 

Записи уже показали, что на Марсе звук ведет себя своеобразно. Например, шумы ниже 240 герц (примерно средняя нота фортепиано) распространяются примерно на 10 метров в секунду медленнее, чем более высокие звуки. Это связано с тем, что молекулы углекислого газа, которые поглощают часть энергии звука на низких частотах, составляют 95% атмосферы Марса. Такие причудливые свойства, если их не учитывать, могут поставить под угрозу связь в будущих марсианских миссиях, особенно с экипажем. 

Имея это в виду, группа ученых из французских и американских учреждений приступила к изучению скорости звука и его затухания — его тенденции затухать на расстоянии — в пределах первых 20 метров атмосферы Марса. 

Для начала команда сопоставила значения различных параметров, включая атмосферное давление, температуру и химический состав, в различных точках Красной планеты из базы данных климата Марса. Изменения этих параметров могут растягивать или сжимать звуковые волны, что делает эти факторы важными для прогнозирования свойств звука. 

Команда рассчитала скорость и затухание звука в разные моменты времени на планете (что составляет около 687 земных дней) и в различных точках марсианского ландшафта, включая горные вершины и долины. Этот подход был необходим, поскольку основные факторы сильно различаются в пространстве и времени. Например, в полярных регионах полуденная температура может колебаться на 60 градусов по Цельсию, а уровень углекислого газа на 30% в зависимости от сезона. 

Расчеты выявили несколько интересных результатов, которые были опубликованы в журнале JGR: Planets. Во-первых, пыль, по-видимому, не влияет на распространение звука, сказали авторы, аналогично тому, как это происходит на Земле, где пыльная буря между вами и аэропортом, например, не будет препятствовать вашей способности слышать. самолеты взлетают. Изменение скорости звука с температурой (около 0,5 м/с на каждый градус Цельсия) также аналогично земному.

Однако, в отличие от Земли, скорость и затухание звука во многом зависят от уровня углекислого газа. Кроме того, хотя скорость звука резко возрастает примерно на 240 герц, степень сдвига менее выражена при более низких температурах, чем при более высоких.

Однако самое большое отличие от Земли связано с огромными колебаниями температуры — и, в меньшей степени, концентрации углекислого газа — ежедневными. Например, в районе, где в настоящее время находится марсоход Perseverance, уровень ртути меняется примерно на 50 градусов по Цельсию в течение дня. Это заставляет звук распространяться со скоростью до 30 м/с и затухать в три раза быстрее в жаркие часы по сравнению с более холодными. Изменения температуры и уровня углекислого газа также вызывают изменения скорости звука и его затухания в зависимости от сезона, хотя этот эффект более выражен в полярных регионах. 

Результаты позволяют ученым «предсказать скорость звука и затухание в любом месте на поверхности Марса, в любое время года и в любое время суток», рассказали исследователи. Модель также может улучшить понимание учёными того, как на самом деле звучат звуки издающих звук объектов на Марсе. 

«Мы слышим его [звук] только после того, как звук распространился по атмосфере», — говорят авторы. «Наша модель может помочь восстановить характеристики исходных источников звука». 

Кроме того, модель дает представление о жизни будущих жителей Марса: утро на вершинах гор может быть наиболее близким к тому, как звук ведет себя на Земле. В другое время и в других местах, например, во второй половине дня на площадке «Настойчивость», будет возникать резкий эффект, поскольку высокие звуки на близких расстояниях достигают ушей быстрее, чем более низкие; более отдаленные шумы, обычно слышимые на Земле, вообще не будут слышны.