Wissenschaftler bestätigen die Schallgeschwindigkeit Marsmit Ausrüstung an Bord des Rovers Perseverance, um die Atmosphäre des roten Planeten zu untersuchen, die sich stark von der der Erde unterscheidet.
Was sie entdeckt haben, könnte einige seltsame Konsequenzen für die Marskommunikation in der Zukunft haben.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Versuch, in der Marsatmosphäre zu sprechen, einen seltsamen Effekt hervorrufen kann, da hohe Töne sich schneller zu bewegen scheinen als Bässe. Nicht, dass wir es versuchen würden, denn die Atmosphäre des Mars ist unatmbar, aber es macht auf jeden Fall Spaß, darüber nachzudenken!
Aus wissenschaftlicher Sicht zeigen die Ergebnisse, die auf der 53. Lunar and Planetary Science Conference von dem Planetenforscher Baptiste Chade vom Los Alamos National Laboratory bekannt gegeben wurden, hohe Temperaturschwankungen auf dem Mars, die weiterer Untersuchungen bedürfen.
Die Schallgeschwindigkeit ist keine universelle Konstante. Sie kann sich je nach Dichte und Temperatur des Mediums, durch das sie übertragen wird, ändern; Je dichter das Medium, desto schneller wird es sein.
Deshalb legt Schall bei 20 °C etwa 343 Meter pro Sekunde in der Atmosphäre zurück, aber auch 1480 Meter pro Sekunde in Wasser und 5100 Meter pro Sekunde in Stahl.
Die Atmosphäre des Mars ist viel schwächer als die der Erde, etwa 0,020 kg / m3verglichen mit etwa 1,2 kg/m3 für das Land. Allein dies bedeutet, dass sich der Schall anders über den Roten Planeten ausbreiten wird.
Aber die Schicht der Atmosphäre direkt über der Oberfläche, die als planetare Grenzschicht bekannt ist, hat zusätzliche Komplikationen mit sich gebracht: Tagsüber erzeugt der Anstieg der Oberflächentemperatur Konvektionsstöße, die starke Turbulenzen erzeugen.
Herkömmliche Instrumente zum Testen von thermischen Oberflächengradienten sind hochgenau, können jedoch unter verschiedenen Interferenzeffekten leiden. Glücklicherweise hat Beharrlichkeit etwas Einzigartiges: Mikrofone, die es uns ermöglichen können Hören Sie die Stimmen des Marsund ein Laser, der Geräusche zum perfekten Zeitpunkt machen kann.
Ein SuperCam-Mikrofon ist enthalten, um Schalldruckschwankungen vom laserinduzierten Lawinenspektrometer des Rovers aufzuzeichnen, während es Gesteins- und Bodenproben von der Marsoberfläche entfernt.
Perseverance Rover der NASA auf dem Mars. (NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Wie sich herausstellte, war dies mit einem hervorragenden Nutzen verbunden. Chide und sein Team maßen die Zeit zwischen dem Abfeuern des Lasers und dem Auftreffen des Schalls auf ein SuperCam-Mikrofon in einer Höhe von 2,1 Metern, um die Schallgeschwindigkeit an der Oberfläche zu messen.
„Die Geschwindigkeit des durch diese Technik wiedergewonnenen Schalls wird über den gesamten akustischen Ausbreitungsweg berechnet, der vom Boden bis zur Höhe des Mikrofons reicht“, schreiben die Forscher. In ihrem Tagungsband.
„Bei jeder gegebenen Wellenlänge wird der Versatz also durch Änderungen der Temperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung entlang dieses Pfades verursacht.“
Die Ergebnisse stützen Vorhersagen, die auf der Grundlage unseres Wissens über die Marsatmosphäre gemacht wurden. sicherstellen, dass Diese Geräusche breiten sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 240 Metern pro Sekunde durch die oberflächennahe Atmosphäre aus.
Die Exzentrizität der sich verändernden akustischen Landschaft des Mars ist jedoch völlig ungewohnt, da die Bedingungen auf der Marsoberfläche zu Exzentrizitäten führen, die sonst nirgendwo zu sehen sind.
„Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von Kohlendioxidmolekülen bei niedrigem Druck ist der Mars die einzige Erdatmosphäre im Sonnensystem, die eine Änderung der Schallgeschwindigkeit im mittleren hörbaren Frequenzbereich (20 Hz bis 20.000 Hz) erfährt“, Forscher schreiben.
Bei Frequenzen über 240 Hz haben die kollisionsaktivierten Muster von CO2-Molekülen nicht genügend Zeit sich ausruhen, oder in den ursprünglichen Zustand zurückkehren. Das Ergebnis ist, dass sich Schall bei höheren Frequenzen mit mehr als 10 Metern pro Sekunde ausbreitet als bei niedrigeren Frequenzen.
Dies könnte zu dem führen, was Forscher auf dem Mars ein „einzigartiges Hörerlebnis“ nennen, bei dem höhere Töne den Zuhörer früher erreichen als tiefere.
Da alle menschlichen Astronauten, die in naher Zukunft zum Mars reisen, unter Druck stehende Raumanzüge mit Kommunikationsausrüstung tragen oder in unter Druck stehenden Habitateinheiten leben müssen, ist dies wahrscheinlich kein unmittelbares Problem – aber es könnte ein interessantes Konzept für Science-Fiction-Autoren sein. manipuliert.
Da sich die Schallgeschwindigkeit aufgrund von Temperaturschwankungen ändert, konnte das Team mit dem Mikrofon auch große und schnelle Temperaturänderungen auf dem Mars messen, die andere Sensoren nicht erfassen konnten. Diese Daten können helfen, einige der Hohlräume auf der sich schnell ändernden Grenzschicht des Mars zu füllen.
Das Team plant, die SuperCam-Mikrofondaten weiterhin zu verwenden, um zu überwachen, wie sich Dinge wie tägliche und jahreszeitliche Veränderungen auf die Schallgeschwindigkeit auf dem Mars auswirken. Sie planen auch, die akustischen Temperaturmesswerte mit Messwerten anderer Instrumente zu vergleichen, um zu versuchen, große Schwankungen herauszuarbeiten.
Sie können den Konferenzbeitrag lesen Auf der Konferenz-Website.