Co usłyszały mikrofony na Marsie?

Mikrofony rejestrują dźwięki z obcej planety! Sprawdź, jak twój głos brzmiałby na Marsie.

Mikrofony łazika Perseverance zarejestrowały dźwięki ukazujące złożone środowisko akustyczne Marsa, które jest zupełnie inne niż ziemskie. Na nieprzetworzonym nagraniu wykonanym dwa dni po pomyślnym lądowaniu łazika słychać słaby stukot, po którym wieje porywisty wiatr uderzający w mikrofon. Mikrofon umieszczony na bocznej ścianie Perseverance zarejestrował ten dźwięk 20 lutego 2021 roku. Dźwięki zdające się pochodzić z samego łazika dominują na nagraniu, ale nie są jedynymi.

Nagrane uderzenie może pochodzić od jakiegoś obiektu poruszającego się wewnątrz łazika, ale większość dźwięków, które wychwytuje mikrofon, pochodzi z zewnątrz. Tak przynajmniej twierdzi Alex Stott z Uniwersytetu w Tuluzie, członek międzynarodowego zespołu, który właśnie opublikował analizę marsjańskich nagrań, dostępną na stronie internetowej Nature. Zespół wykorzystuje te nagrania do badań atmosfery Marsa i jej interakcji z łazikiem.

Co ciekawe, teoretycy już wcześniej modelowali akustykę marsjańskiej atmosfery, ale bardzo brakowało im rzeczywistych pomiarów, które mogłyby sprawdzić poprawność poszczególnych modeli. Nie było to jednak spowodowane niechęcią do podejmowania prób nagrywania dźwięków z Marsa i ogólniej jego badań. Należąca do NASA sonda Mars Polar Lander była na przykład wyposażona w mikrofony, ale niestety rozbiła się w 1999 roku. Z kolei Phoenix Lander był również zaopatrzony w mikrofony i udało mu się dokonać pomyślnego lądowania na planecie w 2008 roku, jednak późniejsze problemy techniczne uniemożliwiły ich działanie. Nie mówiąc już o innych sondach, które w ogóle do Marsa nie dotarły.

Do trzech razy sztuka! Oba mikrofony na pokładzie Perseverance zaczęły działać wkrótce po jego lądowaniu w lutym 2021 roku. Jeden z nich, umieszczony na maszcie kamery SuperCam, został włączony już dzień po lądowaniu. Po rozłożeniu masztu znalazł się na wysokości 2,1 metra ponad „ziemią". Drugi nagrywa dźwięki z wysokości około metra. Został włączony na drugi dzień po wylądowaniu. Oba odbierają naturalne dźwięki marsjańskiego wiatru, a także odgłosy pracy łazika.

Pejzaż dźwiękowy jest kształtowany przez rozchodzenie się fal akustycznych, które z kolei zależy od ciśnienia i składu gazu, przez który fale te przechodzą. Atmosfera na Marsie charakteryzuje się ciśnieniem niższym niż zaledwie 1% ciśnienia atmosfery ziemskiej i składa się w 95% z dwutlenku węgla, nic więc dziwnego, że dźwięki rozchodzą się tam zupełnie inaczej. Różnice te sprawiają też, że fale dźwiękowe są tłumione na Marsie około 100 razy silniej niż na Ziemi.

Wiatry marsjańskie są ponadto turbulentne, generują dźwięki i tworzą wiry, które stopniowo rozpraszają energię. Cienka atmosfera Czerwonej Planety sprzyja turbulentnej konwekcji i gwałtownym zmianom ciśnienia w ciągu dnia, ale w nocy chłodzenie radiacyjne tam jest silne, dając stabilne warunki, które hamują turbulencje.

Perseverance może sam mierzyć prędkość rozchodzenia się dźwięku w atmosferze Marsa – gdy wystrzeliwuje impulsy laserowe celem odparowania skał znajdujących się w odległości kilku metrów od siebie. Mikrofony rejestrują wówczas fale uderzeniowe wywołane ciepłem lasera jako specyficzne kliknięcia. Odmierzanie czasu między impulsem lasera a takim kliknięciem pozwala naukowcom wyznaczyć marsjańską prędkość dźwięku, co potwierdza, że wynosi ona 240 metrów na sekundę, a zatem jest nieco wolniejsza niż na Ziemi (340 m/s). Pomiary wykazały też, że marsjański dźwięk ma inne dziwne cechy. Jedną z nich jest to, że prędkość dźwięku wzrasta o około 10 m/s, gdy częstotliwość dźwięku wzrasta powyżej 240 herców – za sprawą rezonansów wibracyjnych zachodzących w dwutlenku węgla, z którego składa się większość marsjańskiego powietrza. Różnica ta może wydawać się niewielka, ale jest na tyle duża, że dla ludzkiego ucha zjawisko byłoby dość niezwykłe. Podobny skok ma miejsce na Ziemi, ale przy wyższych częstotliwościach i w stratosferze – dodaje Stott. Więc nikt z nas tego nie zauważa.

Ogółem przenoszenie dźwięku w marsjańskim powietrzu jest słabsze niż na Ziemi i gwałtownie spada wraz z jego częstotliwością, przez co Mars jest dość cichym miejscem. Na stronie NASA zademonstrowano te różnice, porównując zwykłe ziemskie dźwięki z modelami ich brzmienia na Marsie. Na przykład odgłosy ruchu miejskiego nieco przycichłyby, ale już wysoki śpiew ptaków ucichłby tam niemal do zera. To symulacja tych samych, znanych nam z Ziemi brzmień na Marsie, przy uwzględnieniu temperatury, gęstości i składu jego atmosfery.

Zobacz też: nagraj się i sprawdź, jak byłbyś słyszany na Marsie!

Mikrofony na Marsie zbierają również dane służące do monitorowania pracy instrumentów i testowania wyposażenia łazika. Aby sprawdzić możliwości generowania tlenu na Marsie, NASA prowadzi eksperyment o nazwie MOXIE. W jego ramach pracują między innymi pompy, a dźwięki wydawane przez te i inne urządzenia mogą pomóc inżynierom na Ziemi w monitorowaniu ich działania. Mikrofony okazały się również wystarczająco czułe, aby wykryć hałas generowany przez mały, eksperymentalny helikopter Ingenuity, który jako pierwszy samolot odbył lot na innej planecie.

Używamy dźwięku jako nowej metody badawczej – wyjaśnia Stott. Mars daje nam pierwszą taką możliwość, którą mamy dziś po wielu próbach. Może minąć jeszcze trochę czasu, nim będziemy mogli w ten sam sposób badać inne ciała w Układzie Słonecznym.

Warto dodać, że ciekawych obiektów do posłuchania w kosmosie jest sporo. W szczególności największy księżyc Saturna, Tytan, ma atmosferę azotowo-metanową wywierającą ciśnienie około 50% wyższe niż ziemskie. Ciśnienie przy powierzchni planety na silnie rozgrzanej Wenus, której atmosfera zawiera duże ilości dwutlenku węgla, jest z kolei ponad 90 razy większe niż na Ziemi. Niestety, najbliższe misje na te globy, w tym planowana misja Dragonfly na Tytana oraz dwa orbitery i sonda atmosferyczna dla Wenus, nie będą jeszcze miały własnych mikrofonów.

Czytaj więcej:

Źródło: Skyandtelescope.org

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

Na zdjęciu: Na pokładzie Perseverance znajdują się dwa mikrofony. Ten na maszcie jest częścią instrumentu naukowego SuperCam. Źródło: NASA / JPL-Caltec