这段由NASA毅力号火星车在火星上拍摄的视频中的声音包括用于岩石分析的除尘工具、机智号火星直升机,以及激光对岩石的冲击。对其中一些声音的一项新研究(主要由火星车的SuperCam麦克风在任务的前216天期间捕获)揭示了声音在火星上的不同之处,包括声音比地球上的传播速度慢。
视频来源:NASA/JPL-Caltech

一项基于火星车记录的新研究发现,这颗红色星球上的声速比地球上的要慢,而且大多数情况下,都是一片寂静。

仔细聆听由NASA毅力号记录的来自火星的声音:火星车的机械呜呜声和轻柔的火星风声;火星机智号直升机旋翼的嗡嗡声;激光击碎岩石的噼啪声。

一个国际科学家团队已经完成了这项工作,在这颗红色星球上进行了第一次声学分析。他们的新研究揭示了声音在极薄的、主要是二氧化碳的大气中传播的速度,人类耳朵听到火星声音的方式,以及科学家如何利用录音来探测另一个世界的细微气压变化,并衡量火星车器的健康状况。

“这是我们以前从未在火星上使用过的一种新的调查方式。”法国图卢兹大学的天体物理学家、该研究的主要作者西尔维斯特·莫里斯说。“利用大气作为声源和传播媒介,我预计会有很多发现。”

这项研究发表在4月1日的《自然》杂志上,其中的大部分声音是用毅力号SuperCam上的麦克风录制,该摄像机安装在火星车的桅杆顶部。该研究还引用了安装在火星车底盘上的另一个麦克风录制的声音。第二个麦克风最近记录了火星车的气体除尘工具(gDRT)的噗噗声和脉冲声,gDRT可以将火星车刮过的岩石上的碎屑吹下来进行检查。

这些录音的结果是:对火星大气的奇怪特征有了新的认识,那里的声速比地球上的要慢,并且随着音调(或频率)的变化而变化。在地球上,声音的传播速度通常为767英里/小时(343米/秒)。但在火星上,低频声音的传播速度约为537英里/小时(每秒240米),而高频声音的传播速度为559英里/小时(每秒250米)。

这颗红色星球上的可变声速是稀薄、寒冷的二氧化碳大气的影响。在执行任务之前,科学家们预计火星的大气层会影响声速,但在进行这些记录之前从未观察到这种现象。这种稀薄气氛的另一个影响是:声音只能传播很短的距离,而高音几乎没有传播。在地球上,声音可能会在大约 213 英尺(65 米)后下降;在火星上,它仅在 26 英尺(8 米)处摇摆不定,高音在该距离处完全消失。

这颗红色星球上可变声速是稀薄、寒冷的二氧化碳大气所造成。在执行这项任务之前,科学家们预计火星的大气层会影响声速,但在这些记录出来之前,从未观察到这种现象。这种稀薄大气的另一个影响是:声音只能传播很短的距离,而高频声音几乎不能传播。在地球上,声音可能会在大约 213 英尺(65 米)后衰减;在火星上,声音最高只能传播26英尺(8米),高频声音在这个高度之上会完全消失。

因为火星大气的能量以微小的尺度变化,SuperCam麦克风的录音还揭示了以前未观察到的由火星大气中的湍流产生的压力变化。在极短的时间尺度上,火星的阵风也首次被测量到。

听听火星上熟悉的地球声音

莫里斯说,录音中最引人注目的特征之一是,在大多数情况下,都是一片寂静。“在某些时候,我们认为麦克风坏了,这太安静了。”他补充道。

这也是火星大气层稀薄的结果。

“由于火星大气压力低,火星非常安静。”新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的巴蒂斯特·奇德说,他也是该研究的合著者。 “但是气压会随着火星上的季节而变化。”

这意味着,在即将到来的火星秋季,火星可能会变得更嘈杂——并提供更多关于其超凡的空气和天气的见解。

“我们正进入一个高压季节,”奇德说。“也许火星上的声学环境会比我们着陆时更加安静。”

此图显示了毅力号两个麦克风的位置。桅杆上的麦克风是SuperCam科学仪器的一部分。火星车侧面的麦克风旨在捕捉火星车进入、下降和着陆的声音,以供公众参与。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

声学团队还研究了SuperCam麦克风从机智号(火星直升机是火星车的旅行伴侣和空中侦察机)的旋转双转子中拾取的内容。转子以每分钟2,500转的速度旋转,产生“一种独特的、低沉的、84赫兹声音”,莫里斯说,他指的是两个转子每秒振动的标准声学测量值和转速。

另一方面,当SuperCam的激光从远处冲击岩石碎片以研究它们的成分,击中目标时,它会产生火花,产生超过2000赫兹的高频噪声。

研究火星车麦克风记录的声音不仅可以揭示火星大气的细节,还可以帮助科学家和工程师评估火星车许多系统的健康状况和运行情况,就像人们在开车时可能会注意到令人不安的噪音一样。

与此同时,研究中的关键仪器SuperCam麦克风的表现继续超出预期。

“麦克风现在每天使用数次,性能非常好; 它的整体性能比我们在地球上类似火星的环境中建模甚至测试的性能要好。” 意大利航空航天研究所(ISAE-SUPARO)教授、麦克风实验开发团队负责人戴维·米蒙说。“我们甚至可以远距离记录火星直升机的嗡嗡声。”

关于毅力号的更多信息

毅力号火星任务的一个关键目标是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。火星车将描绘火星的地质和过去的气候,为人类对这颗红色星球的探索铺平道路,并成为第一个收集和储存火星岩石和风化层(破碎的岩石和灰尘)的任务。

随后,NASA与欧洲航天局(ESA)合作,将向火星发送航天器,从火星表面收集这些密封样本,并将其送回地球进行深入分析。

火星2020毅力号任务是NASA月球到火星探索方法的一部分,其中包括阿尔忒弥斯登月任务,这将有助于为人类探索这颗红色星球做准备。

喷气推进实验室由加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院为NASA管理,负责建造和管理毅力号火星车的运行。

如欲了解有关毅力号的更多信息,请访问:

mars.nasa.gov/mars2020/

nasa.gov/perseverance

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/what-sounds-captured-by-nasa-s-perseverance-rover-reveal-about-mars

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