Марсоход Perseverance оснащён несколькими микрофонами, предназначенными для изучения свойств материалов Красной планеты. Эти устройства зафиксировали множество дополнительных звуков, включая жуткое шипение марсианских пылевых вихрей.
Записи показали, что на Марсе звук ведёт 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 углекислый газ, составляющий 95% марсианской атмосферы, поглощает часть энергии низкочастотных звуков.
Такие необычные свойства звука могут создать проблемы для связи в будущих миссиях на Марс, особенно с участием экипажа. Поэтому группа учёных из французских и американских институтов приступила к изучению скорости звука и его затухания в первых 20 метрах марсианской атмосферы.
Источник: NASA / JPL-Caltech
Для начала команда проанализировала данные о различных параметрах Красной планеты, таких как атмосферное давление, температура и химический состав, из базы данных климата Марса. Изменения этих параметров могут влиять на распространение звуковых волн, что важно учитывать при прогнозировании свойств звука.
Учёные рассчитали скорость распространения и затухание звука в разные моменты времени и в различных точках марсианского ландшафта. Это было необходимо, поскольку основные влияющие факторы сильно варьируются как в пространстве, так и во времени на Красной планете.
Результаты показали несколько интересных особенностей. Во-первых, пыль, как и на Земле, не влияет на распространение звука. Изменение скорости звука с температурой (около 0,5 м/с на градус Цельсия) также схоже с земным.
Однако, в отличие от Земли, скорость и затухание звука на Марсе во многом зависят от уровня углекислого газа в атмосфере. Кроме того, хотя скорость звука резко возрастает примерно на 240 герц, этот эффект менее выражен при более низких температурах.
Самое большое отличие от Земли связано с огромными суточными колебаниями температуры — и, в меньшей степени, концентрации углекислого газа. Например, в районе марсохода Perseverance температура меняется примерно на 50 градусов Цельсия в течение дня. Это приводит к тому, что скорость звука может увеличиваться до 30 м/с, а его затухание ускоряться в 3 раза в жаркие часы по сравнению с более холодными. Сезонные изменения температуры и концентрации CO2 также влияют на скорость и затухание звука, особенно в полярных регионах.
Полученная модель позволяет учёным предсказывать скорость звука и его затухание в любой точке поверхности Марса в любое время года и суток. Это поможет лучше понять, как звучат различные объекты на Красной планете, поскольку мы слышим их «уже после распространения звука через атмосферу».
Кроме того, модель даёт представление о том, как звук будет восприниматься будущими марсианскими поселенцами: утренние звуки на вершинах гор будут ближе к земным, а днём на равнинах высокие частоты могут достигать уха быстрее, чем низкие, а более удалённые шумы могут вообще не быть слышны.