科学家们证实了声速,使用毅力号火星车上的设备来研究这颗红色行星的大气层,它与地球的大气层非常不同。
他们的发现可能会对未来火星人之间的交流产生一些奇怪的后果。
研究结果表明,尝试在火星大气层中说话可能会产生奇怪的效果,因为高音调似乎比低音音符传播得更快。我们不会尝试,因为火星的大气层难以呼吸,但想想确实很有趣!
从科学角度来看,洛斯阿拉莫斯国家实验室的行星科学家巴蒂斯特·奇德在第 53 届月球与行星科学会议上宣布的研究结果揭示了火星表面的高温波动,值得进一步研究。
声速不是一个普遍常数。它可以根据其所通过的介质的密度和温度而变化;介质的密度越大,速度越快。
这就是为什么声音在 20 摄氏度的大气中传播速度约为每秒 343 米(1,125 英尺),在水中传播速度为每秒 1,480 米,在钢铁中传播速度为每秒 5,100 米。
火星的大气层比地球的大气层稀薄得多,约为 0.020 kg/m3,相比之下约 1.2 kg/m3为了地球。仅此一点就意味着声音在红色星球上的传播方式会有所不同。
但地表上方的大气层(称为行星边界层)却增加了复杂性:白天,地表变暖会产生对流上升气流,从而产生强烈的湍流。
用于测试表面热梯度的传统仪器精度很高,但可能会受到各种干扰效应的影响。幸运的是,Perseverance 有一些独特之处:麦克风可以让我们聆听火星的声音,以及可以触发完美定时噪音的激光。
SuperCam 麦克风用于记录火星车激光诱导击穿光谱仪在烧蚀火星表面岩石和土壤样本时产生的声压波动。
美国宇航局在火星上的毅力号探测器。 (NASA/JPL-加州理工学院/MSSS)
事实证明,这带来了巨大的好处。 Chide 和他的团队测量了激光发射和声音到达 2.1 米高度 SuperCam 麦克风之间的时间,以测量表面的声速。
研究人员写道:“通过这种技术检索到的声速是在整个声学传播路径上计算的,从地面到麦克风的高度。”在他们的会议论文中。
“因此,在任何给定的波长下,它都会受到沿着这条路径的温度、风速和方向的变化的影响。”
结果支持了利用我们对火星大气的了解所做的预测,确认声音以大约每秒 240 米的速度在地表附近的大气层中传播。
然而,火星不断变化的音景的怪异现象完全出乎意料,火星上的条件导致了其他地方没有见过的怪异现象。
“由于二氧化碳分子在低压下的独特特性,火星是太阳系中唯一一个在可听带宽(20 赫兹到 20,000 赫兹)中间经历声速变化的类地行星大气层, ”研究人员写道。
在频率高于 240 赫兹时,二氧化碳分子的碰撞激活振动模式没有足够的时间放松,或返回到原始状态。其结果是,声音在较高频率下的传播速度比在低频率下快 10 米/秒以上。
这可能会导致研究人员所说的火星上的“独特的聆听体验”,高音调的声音比较低音调的声音更快到达听众。
鉴于任何很快前往火星的人类宇航员都需要穿着带有通讯设备的加压宇航服,或者居住在加压的栖息地模块中,这不太可能立即造成问题——但这对于科幻小说作家来说可能是一个有趣的概念修补。
由于声速会因温度波动而变化,因此该团队还能够使用麦克风测量火星表面其他传感器无法检测到的大幅且快速的温度变化。这些数据可以帮助填补火星快速变化的行星边界层的一些空白。
该团队计划继续使用 SuperCam 麦克风数据来观察日常和季节变化等因素如何影响火星上的声速。他们还计划将声学温度读数与其他仪器的读数进行比较,以找出较大的波动。
您可以阅读会议论文在会议网站上。