Künstlich gefärbtes Bild eines Mars-Sonnenuntergangs. (NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS) Wissenschaftler haben die Schallgeschwindigkeit bestätigt Mars Mithilfe der Ausrüstung des Rovers Perseverance untersuchte er die Atmosphäre des Roten Planeten, die sich stark von der der Erde unterscheidet.
Was sie entdeckten, könnte einige seltsame Konsequenzen für die Kommunikation zwischen zukünftigen Marsmenschen haben.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Versuch, in der Marsatmosphäre zu sprechen, einen seltsamen Effekt hervorrufen könnte, da sich höhere Töne schneller auszubreiten scheinen als Bassnoten. Wir würden es zwar nicht versuchen, da die Atmosphäre des Mars nicht atembar ist, aber es macht auf jeden Fall Spaß, darüber nachzudenken!
Aus wissenschaftlicher Sicht offenbaren die auf der 53. Lunar and Planetary Science Conference vom Planetenforscher Baptiste Chide vom Los Alamos National Laboratory bekannt gegebenen Ergebnisse hohe Temperaturschwankungen auf der Marsoberfläche, die weitere Untersuchungen erfordern.
Die Schallgeschwindigkeit ist keine universelle Konstante. Sie kann sich je nach Dichte und Temperatur des Mediums, durch das sie wandert, ändern; Je dichter das Medium, desto schneller bewegt es sich.
Deshalb breitet sich Schall in unserer Atmosphäre bei 20 Grad Celsius etwa 343 Meter (1.125 Fuß) pro Sekunde aus, in Wasser aber auch 1.480 Meter pro Sekunde und in Stahl 5.100 Meter pro Sekunde.
Die Atmosphäre des Mars ist mit etwa 0,020 kg/m um einiges dünner als die der Erde 3 , verglichen mit etwa 1,2 kg/m 3 für die Erde. Das allein bedeutet, dass sich Schall auf dem Roten Planeten anders ausbreiten würde.
Aber die Schicht der Atmosphäre direkt über der Oberfläche, die sogenannte planetarische Grenzschicht, bringt zusätzliche Komplikationen mit sich: Tagsüber erzeugt die Erwärmung der Oberfläche konvektive Aufwinde, die starke Turbulenzen erzeugen.
Herkömmliche Instrumente zum Testen von Oberflächentemperaturgradienten sind sehr genau, können jedoch unter verschiedenen Interferenzeffekten leiden. Glücklicherweise verfügt Perseverance über etwas Einzigartiges: Mikrofone, die uns dies ermöglichen Hören Sie die Geräusche des Mars und einen Laser, der ein perfekt getimtes Geräusch auslösen kann.
Das SuperCam-Mikrofon wurde eingebaut, um akustische Druckschwankungen vom laserinduzierten Durchschlagsspektroskopieinstrument des Rovers aufzuzeichnen, während es Gesteins- und Bodenproben an der Marsoberfläche abträgt.
Der Perseverance-Rover der NASA auf dem Mars. (NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Wie sich herausstellte, war dies mit einem hervorragenden Vorteil verbunden. Chide und sein Team haben die Zeit zwischen dem Laserfeuer und dem Erreichen des Schalls am SuperCam-Mikrofon in 2,1 Metern Höhe gemessen, um die Schallgeschwindigkeit an der Oberfläche zu messen.
„Die mit dieser Technik ermittelte Schallgeschwindigkeit wird über den gesamten akustischen Ausbreitungsweg berechnet, der vom Boden bis zur Höhe des Mikrofons reicht“, schreiben die Forscher in ihrem Konferenzbeitrag .
„Daher wird es bei jeder gegebenen Wellenlänge durch die Schwankungen der Temperatur sowie der Windgeschwindigkeit und -richtung entlang dieses Pfades verwickelt.“
Die Ergebnisse stützen Vorhersagen, die auf der Grundlage unseres Wissens über die Marsatmosphäre gemacht wurden. bestätigend Diese Geräusche breiten sich mit etwa 240 Metern pro Sekunde durch die oberflächennahe Atmosphäre aus.
Allerdings kommt die Eigenart der sich verändernden Klanglandschaft des Mars völlig aus heiterem Himmel, denn die Bedingungen auf dem Mars führen zu einer Eigenart, die nirgendwo sonst zu beobachten ist.
„Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften der Kohlendioxidmoleküle bei niedrigem Druck ist der Mars die einzige Erdplanetenatmosphäre im Sonnensystem, die eine Änderung der Schallgeschwindigkeit genau in der Mitte der hörbaren Bandbreite (20 Hertz bis 20.000 Hertz) erfährt.“ ' schreiben die Forscher .
Bei Frequenzen über 240 Hertz haben die durch Kollisionen aktivierten Schwingungsmoden der Kohlendioxidmoleküle nicht genügend Zeit dazu entspannen oder in den ursprünglichen Zustand zurückkehren. Dies hat zur Folge, dass sich Schall bei höheren Frequenzen mehr als 10 Meter pro Sekunde schneller ausbreitet als bei niedrigen.
Dies könnte zu dem führen, was die Forscher ein „einzigartiges Hörerlebnis“ auf dem Mars nennen, bei dem höhere Töne früher beim Zuhörer ankommen als tiefere.
Angesichts der Tatsache, dass alle menschlichen Astronauten, die in naher Zukunft zum Mars reisen, unter Druck stehende Raumanzüge mit Kommunikationsausrüstung tragen oder in unter Druck stehenden Habitatmodulen leben müssen, ist es unwahrscheinlich, dass dies ein unmittelbares Problem darstellt – aber für Science-Fiction-Autoren könnte es ein unterhaltsames Konzept sein basteln.
Da sich die Schallgeschwindigkeit aufgrund von Temperaturschwankungen ändert, konnte das Team mit dem Mikrofon auch große und schnelle Temperaturänderungen auf der Marsoberfläche messen, die mit anderen Sensoren nicht erfasst werden konnten. Diese Daten können dazu beitragen, einige der Lücken in der sich schnell verändernden planetaren Grenzschicht des Mars zu schließen.
Das Team plant, weiterhin SuperCam-Mikrofondaten zu verwenden, um zu beobachten, wie sich Dinge wie tägliche und saisonale Schwankungen auf die Schallgeschwindigkeit auf dem Mars auswirken könnten. Sie planen außerdem, die akustischen Temperaturmesswerte mit den Messwerten anderer Instrumente zu vergleichen, um die großen Schwankungen herauszufinden.
Sie können den Konferenzbeitrag lesen auf der Konferenzwebsite .