新的研究

 

這段由 NASA 毅力號火星車在火星上拍攝的視頻中的聲音包括用於岩石分析的除塵工具、機智號火星直升機,以及鐳射對岩石的衝擊。對其中一些聲音的一項新研究(主要由火星車的 SuperCam 麥克風在任務的前216天期間捕獲)揭示了聲音在火星上的不同之處,包括聲音比地球上的傳播速度慢。

一項基於火星車記錄的新研究發現,這顆紅色星球上的聲速比地球上的要慢,而且大多數情況下,都是一片寂靜。

仔細聆聽由 NASA 毅力號記錄的來自火星的聲音:火星車的機械嗚嗚聲和輕柔的火星風聲;火星機智號直升機旋翼的嗡嗡聲;鐳射擊碎岩石的劈啪聲。

一個國際科學家團隊已經完成了這項工作,在這顆紅色星球上進行了第一次聲學分析。他們的新研究揭示了聲音在極薄的、主要是二氧化碳的大氣中傳播的速度,人類耳朵聽到火星聲音的方式,以及科學家如何利用錄音來探測另一個世界的細微氣壓變化,並衡量火星車器的健康狀況。

「這是我們以前從未在火星上使用過的一種新的調查方式。」法國圖盧茲大學的天體物理學家、該研究的主要作者西爾維斯特·莫里斯說。「利用大氣作為聲源和傳播媒介,我預計會有很多發現。」

這項研究發表在4月1日的《自然》雜誌[1]上,其中的大部分聲音是用毅力號 SuperCam 上的麥克風[2]錄製,該攝像機安裝在火星車的桅杆頂部。該研究還引用了安裝在火星車底盤上的另一個麥克風錄製的聲音。第二個麥克風最近記錄了火星車的氣體除塵工具( gDRT )的噗噗聲和脈衝聲, gDRT 可以將火星車刮過的岩石上的碎屑吹下來進行檢查。

這些錄音的結果是:對火星大氣的奇怪特徵有了新的認識,那裡的聲速比地球上的要慢,並且隨著音調(或頻率)的變化而變化。在地球上,聲音的傳播速度通常為767英里/小時(343米/秒)。但在火星上,低頻聲音的傳播速度約為537英里/小時(每秒240米),而高頻聲音的傳播速度為559英里/小時(每秒250米)。

這顆紅色星球上可變聲速是稀薄、寒冷的二氧化碳大氣所造成。在執行這項任務之前,科學家們預計火星的大氣層會影響聲速,但在這些記錄出來之前,從未觀察到這種現象。這種稀薄大氣的另一個影響是:聲音只能傳播很短的距離,而高頻聲音幾乎不能傳播。在地球上,聲音可能會在大約 213 英尺(65 米)後衰減;在火星上,聲音最高只能傳播26英尺(8米),高頻聲音在這個高度之上會完全消失。

因為火星大氣的能量以微小的尺度變化, SuperCam 麥克風的錄音還揭示了以前未觀察到的由火星大氣中的湍流產生的壓力變化。在極短的時間尺度上,火星的陣風也首次被測量到。

聽聽火星上熟悉的地球聲音

毅力號

毅力號

毅力號

毅力號

麥克風在毅力號上

麥克風在毅力號上

莫里斯說,錄音[3]中最引人注目的特徵之一是,在大多數情況下,都是一片寂靜。「在某些時候,我們認為麥克風壞了,這太安靜了。」他補充道。「由於火星大氣壓力低,火星非常安靜。」新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的巴蒂斯特·奇德說,他也是該研究的合著者。 「但是氣壓會隨著火星上的季節而變化。」

這意味著,在即將到來的火星秋季,火星可能會變得更嘈雜——並提供更多關於其超凡的空氣和天氣的見解。

「我們正進入一個高壓季節,」奇德說,「也許火星上的聲學環境會比我們著陸時更加安靜。」

使命之聲

此圖顯示了毅力號兩個麥克風的位置。桅杆上的麥克風是 SuperCam 科學儀器的一部分。火星車側面的麥克風旨在捕捉火星車進入、下降和著陸的聲音,以供公眾參與。

此圖顯示了毅力號兩個麥克風的位置。桅杆上的麥克風是 SuperCam 科學儀器的一部分。火星車側面的麥克風旨在捕捉火星車進入、下降和著陸的聲音,以供公眾參與。

聲學團隊還研究了 SuperCam 麥克風從機智號(火星直升機是火星車的旅行伴侶和空中偵察機)的旋轉雙轉子中拾取的內容。轉子以每分鐘2,500轉的速度旋轉,產生「一種獨特的、低沉的、84赫茲聲音」,莫里斯說,他指的是兩個轉子每秒振動的標準聲學測量值和轉速。

另一方面,當 SuperCam 的鐳射從遠處衝擊岩石碎片以研究它們的成分,擊中目標時,它會產生火花,產生超過2000赫茲的高頻雜訊。

研究火星車麥克風記錄的聲音不僅可以揭示火星大氣的細節,還可以幫助科學家和工程師評估火星車許多系統的健康狀況和運行情況,就像人們在開車時可能會注意到令人不安的噪音一樣。

與此同時,研究中的關鍵儀器 SuperCam 麥克風的表現繼續超出預期。

「麥克風現在每天使用數次,性能非常好; 它的整體性能比我們在地球上類似火星的環境中建模甚至測試的性能要好。」法國高等航空太空學院( ISAE-SUPARO )教授、麥克風實驗開發團隊負責人大衛·米蒙說。「我們甚至可以遠距離記錄火星直升機的嗡嗡聲。」


參考來源:

[1]In situ recording of Mars soundscape | Nature

[2]Hear Sounds From Mars Captured by NASA’s Perseverance Rover | NASA

[3]Sounds of Mars – NASA Mars

[4]What Sounds Captured by NASA’s Perseverance Rover Reveal About Mars | NASA

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Tan Jinge
Tan Jinge, Editor of sbestimes.com

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    1 Comment

    1. 火星喊聲好像是像水中一樣

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