Marsam ir divi skaņas ātrumi


Uz Marsa skaņas ātrums ir atkarīgs no tā augstuma.

Visas skaņas pa Marsa gaisu pārvietojas lēnāk, salīdzinot ar Zemi. Bet spilgts klikšķis, ko sniedz lāzera pieskaršanās klints plānā Marsa atmosfērā pārvietojas nedaudz ātrāk nekā Ingenuity helikoptera zemākā toņa dūkoņa, pētnieki ziņo Jan Daba.

Šie NASA Perseverance rovera skaņas ātruma mērījumi ir daļa no plašākiem centieniem uzraudzīt atmosfēras spiediena un temperatūras izmaiņas, piemēram, vēja brāzmu laikā uz Sarkanās planētas.

“Mums vējš ir zinātnes skaņa,” saka astrofiziķis Batists Čaids no Losalamos Nacionālās laboratorijas Ņūmeksikā.

Lai klausītos vējā, Perseverance valkā divus mikrofonus. Viens bija paredzēts audio ierakstīšanai misijas sarežģītās ieiešanas, nolaišanās un nosēšanās laikā, un, lai gan tas nedarbojās, kā cerēts, tagad tas laiku pa laikam tiek ieslēgts, lai klausītos rovera dzīvības (SN: 22/02/21; SN: 17.02.21). Otrs mikrofons ir daļa no rovera instrumenta SuperCam, kas ir mastā piestiprināts kameru un citu sensoru jaukums, ko izmanto, lai izprastu planētas virsmas materiālu īpašības.

Taču šie mikrofoni uztver arī citas skaņas, piemēram, paša rovera skaņas, kad tā riteņi krakšķ pa virsmu, un Perseverance lidojošā pavadoņa, robotizētā helikoptera Ingenuity skaņas. Piemēram, SuperCam instrumentam ir lāzers, kas Perseverance izšauj interesantus akmeņus turpmākai analīzei (SN: 28.07.2020). SuperCam mikrofons uztver skaņas no šiem lāzera kadriem, kas palīdz pētniekiem uzzināt vairāk par mērķa materiāla cietību, saka planētu zinātniece Naomi Mērdoka no Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace Tulūzā, Francijā.

Mērdoks, Čaids un viņu kolēģi klausījās lāzera klakšķēšanā, kad viņi dauzījās pa akmeņiem. (“Tas īsti nedarbojas,” Pew Pew”, saka Mērdoks). Kad lāzers trāpa mērķī, šis sprādziens rada skaņas vilni. Tā kā zinātnieki zina, kad lāzers izšauj un cik tālu atrodas mērķis, viņi var izmērīt ātrumu, ar kādu šis skaņas vilnis pārvietojas pa gaisu līdz SuperCam mikrofonam.

Šīs skaņas ātrums ir aptuveni 250 metri sekundē, ziņo komanda. Tas ir lēnāk nekā uz Zemes, kur skaņa pārvietojas pa gaisu ar ātrumu aptuveni 340 m/s.

Lēnāks ātrums nepārsteidz. Tas, ko mēs dzirdam kā skaņu, patiesībā ir spiediena viļņi, kas izplatās caur vidi, piemēram, gaisu, un šo viļņu ātrums ir atkarīgs no vides blīvuma un sastāva (SN: 09.10.2020). Mūsu planētas atmosfēra ir 160 reižu blīvāka par Marsa atmosfēru, un Zemes gaisu pārsvarā veido slāpeklis un skābeklis, savukārt Marsa gaisu galvenokārt veido oglekļa dioksīds. Tādējādi skaņa uz Marsa šajā citā gaisā izplatās lēnāk.

Komanda arī izmantoja SuperCam mikrofonu, lai sadzirdētu Ingenuity helikoptera lāpstiņu dziļāku virpuli (SN: 10.12.21). No šī zemākā toņa pētnieki uzzināja, ka uz Marsa virsmas ir otrs skaņas ātrums frekvencēs, kas zemākas par 240 herciem vai nedaudz zemākas par klavieru vidējo C: 240 m/s.

Turpretim skaņa uz zemes virsmas pārvietojas pa gaisu tikai ar vienu ātrumu neatkarīgi no augstuma. Pētnieki saka, ka divi ātrumi uz Marsa ir saistīti ar tā ar oglekļa dioksīdu bagāto atmosfēru. Kad skaņas viļņi pārvietojas pa gaisu ar frekvencēm virs 240 herciem, oglekļa dioksīda molekulas uzvedas savādāk nekā molekulas, kas zemākas par 240 Hz, ietekmējot viļņu ātrumu.

“Mēs pierādījām, ka mēs varam veikt zinātni ar mikrofonu uz Marsa,” saka Čide. “Mēs to varam izdarīt Labi Zinātne.”

SuperCam mikrofons uztver tūkstošiem audio fragmentu sekundē. Šīs skaņas ietekmē gaisa spiediens, tāpēc pētnieki var izmantot šos akustiskos datus, lai izsekotu detalizētām gaisa spiediena izmaiņām īsā laika periodā, lai uzzinātu vairāk par Marsa klimatu. Lai gan citiem Marsa roveriem bija vēja, temperatūras un spiediena sensori, tie varēja noteikt šīs izmaiņas tikai ilgākā laika periodā.

“Skaņu dzirdēšana uz citas planētas ir vēl viens veids, kas palīdz mums visiem iedomāties sevi tā, it kā mēs tur atrastos,” saka Melisa Trenere, NASA Godārdas kosmisko lidojumu centra Grīnbeltā, Merilendas planētu zinātniece, šajā darbā nebija iesaistīta.

Komanda koncentrējas uz akustisko datu vākšanu dažādos diennakts un gada laikos uz Marsa.

“Spiediens uz Marsu ļoti atšķiras atkarībā no gadalaikiem visa gada garumā,” saka treneris. “Es ļoti priecājos redzēt, kā dati varētu mainīties, tos apkopojot nākamajās sezonās.”