Prędkość dźwięku nie jest wielkością stałą. Zależy między innymi od temperatury i gęstości ośrodka, w którym się rozchodzi. Zależność między tymi wielkościami jest nieintuicyjna. Im wyższa gęstość ośrodka, tym dźwięk będzie się w nim rozchodził szybciej.
Na Ziemi prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu o temperaturze 20 st. C wynosi 343 m/s. W wodzie dźwięk nabiera ostrego przyspieszenia – jego szybkość osiąga 1480 m/s. To jednak nic w porównaniu z prędkością rozchodzenia się dźwięku np. w stali. Jest ona tak gęsta, że dźwięk rozchodzi się w niej w oszałamiającym tempie 5100 m/s.
Jaka jest prędkość rozchodzenia się dźwięku na Marsie?
Jedną z najważniejszych różnic między Marsem a Ziemią dotyczy atmosfery obu planet. Atmosfera Ziemi jest gęsta i bogata w tlen. Gęstość powietrza atmosferycznego Ziemi wynosi 1.2 kg/m3, tlenu jest zaś w nim 21 proc.
W porównaniu z Ziemią atmosfera Czerwonej Planety jest niezwykle rzadka. Jej gęstość wynosi tylko 0,020 kg/m3. Składa się zaś głównie z dwutlenku węgla (ponad 95 proc.).
Różnice w gęstości wskazują, że dźwięk będzie rozchodził się na Marsie wolniej niż na Ziemi. I faktycznie - przy marsjańskim gruncie o średniej temperaturze -63 st. C dźwięk rozchodzi się z prędkością zaledwie 240 m/s.
Jak Perseverance mierzył prędkość dźwięku?
Jak się jednak okazało, diabeł tkwi w szczegółach. Na konferencji naukowej 53rd Lunar and Planetary Science Conference zespół planetologa Baptiste'a Chide'a z Narodowego Laboratorium Los Alamos ogłosił właśnie pracę, w której wykazał, że na Marsie prędkość dźwięku zależy od jego wysokości.
Od 18 lutego zeszłego roku na Marsie pracuje łazik Perseverance. Łazik wyposażony jest między innymi w mikrofony, dzięki którym udało się nagrać dźwięki Czerwonej Planety (można ich posłuchać tutaj).
Jedno z tych urządzeń to mikrofon SuperCam. To on właśnie posłużył to przeprowadzania badań nad rozchodzeniem się dźwięku na Czerwonej Planecie. Naukowców interesowało, jaki wpływ na dźwięki będą miały różnice temperatur przy powierzchni i ich zmiany, a także lokalne zmiany ciśnienia atmosferycznego (nagrzewanie się marsjańskiego gruntu w dzień powoduje powstawanie prądów wstępujących i turbulencje).
Mikrofon SuperCam znajduje się na maszcie łazika, na wysokości 2,1 m. Naukowcy wykorzystali znajdujący się na pokładzie łazika laser, którym ostrzeliwali wybrane miejsca dookoła pojazdu. Użycie lasera powodowało rozchodzenie się fali akustycznej – mikrofon pozwalał zmierzyć, ile czasu minęło między włączeniem lasera a zarejestrowaniem dźwięku dwa metry nad powierzchnią Marsa.
Jak brzmiałby głos na Marsie?
Badanie potwierdziło, że prędkość dźwięku na Marsie to 240 m/s. Odkryto jednak coś bardzo dziwnego: okazało się, że jest ona różna dla tonów wysokich i tonów niskich.
„Mars to jedyna planeta Układu Słonecznego, na której prędkość dźwięku zmienia się dokładnie w środku słyszalnego pasma (czyli dla częstotliwości fal dźwiękowych od 20 do 20 tys. Hz)” - napisali badacze w swojej pracy.
Konkretnie okazało się, że na częstotliwościach powyżej 240 Hz dźwięk przyspiesza o 10 m/s. Co oznacza, że wysokie dźwięki podróżują na Marsie szybciej niż niskie.
W rezultacie Czerwona Planeta oferuje coś, co naukowcy określili „unikalnym doświadczeniem słuchowym”. Gdybyśmy – czysto hipotetycznie – mogli porozmawiać na Marsie bez kombinezonu z systemem komunikacyjnym, słyszelibyśmy, co następuje.
Dźwięki byłyby cichsze niż na Ziemi (ponieważ atmosfera jest rzadsza).
Dźwięki wysokie byłyby dodatkowo gorzej słyszalne niż niskie (ponieważ są absorbowane przez dwutlenek węgla, główny składnik marsjańskiej atmosfery).
Dźwięki wysokie docierałyby do naszych uszu szybciej niż niskie (ponieważ podróżują z większą prędkością).
Zsumowany efekt można sobie tylko wyobrazić.
Źródło: NASA , BBC, ScienceAlert
