Brzina zvuka na Marsu se stalno mijenja

Grupa američkih i francuskih znanstvenika proučavala je zvučne podatke s NASA-inog rovera Perseverance prikupljene njegovim mikrofonima.

Snimke su već prije pokazale da se zvuk na Marsu ponaša neobično. Na primjer, zvukovi ispod 240 herca putuju oko 10 metara u sekundi sporije od zvukova viših tonova. To je zato što molekule ugljičnog dioksida, koje apsorbiraju dio energije zvuka na niskim frekvencijama, čine 95% atmosfere Marsa. Takva bizarna svojstva mogla bi ugroziti komunikaciju u budućim misijama na Mars, posebice onima s posadom.

Imajući to na umu, tim znanstvenika iz francuskih i američkih institucija krenuo je proučavati brzinu zvuka i njegovo slabljenje, odnosno njegovu tendenciju da se smanji s udaljenošću unutar prvih  20 m Marsove atmosfere.

Za početak, tim je usporedio vrijednosti različitih parametara, uključujući atmosferski tlak, temperaturu i kemijski sastav na različitim mjestima na Crvenom planetu iz Marsove baze podataka o klimi.

Promjene u ovim parametrima mogu rastegnuti ili smanjiti zvučne valove, čineći te čimbenike ključnima u predviđanju svojstava zvuka.

Novi rad uvodi sveobuhvatan model prigušenja i brzine zvuka na Marsu, a predloženi akustički model izračunava brzinu i slabljenje zvuka kroz Marsovu atmosferu blizu površine. Znanstvenici su  procjenjivali učinke sezonskog i dnevnog ciklusa temperature zraka, tlaka i CO2, kao i utjecaj koncentracije prašine u zraku na prigušenje zvuka.

Prigušenje i brzina zvuka najosjetljiviji su na temperaturu zraka i stoga variraju s dnevnim temperaturnim ciklusom i u manjoj mjeri sa sezonskim promjenama temperature. Brzina zvuka također varira sa sezonskim varijacijama koncentracije CO2, a glavni ishod ovog rada je akustični model koji može izračunati brzinu i slabljenje zvuka za bilo koje mjesto na površini Marsa u bilo koje doba godine i bilo koje doba dana.

Zvuk na Marsu mogao bi biti najsličniji Zemlji na vrhovima planina, dok drugdje, brzina zvuka uvelike varira ovisno o lokaciji, dobu dana i temperaturi.

Tim je izračunao brzinu i slabljenje zvuka u različitim vremenskim točkama u godini planeta (koja je oko 687 zemaljskih dana) i na različitim mjestima diljem marsovskog krajolika, uključujući planinske vrhove i doline. Ovaj je pristup bio neophodan jer temeljni čimbenici uvelike variraju u prostoru i vremenu. U polarnim područjima, na primjer, podnevne temperature mogu varirati za 60 stupnjeva Celzija, a razine ugljičnog dioksida za 30%, kroz godišnja doba.

Čini se da prašina ne utječe na širenje zvuka, slično kao na Zemlji, gdje primjerice, pješčana oluja između vas i zračne luke ne bi ometala vašu sposobnost slušanja aviona koji polijeću, a promjena brzine zvuka s temperaturom (oko 0,5 m/s za svaki stupanj Celzijusa) također je slična onoj na Zemlji.

Međutim, za razliku od Zemlje, brzina i slabljenje zvuka uvelike ovise o razinama ugljičnog dioksida. Dodatno, dok brzina zvuka naglo raste na oko 240 herca, opseg pomaka je manje izražen na nižim temperaturama nego na višim.

Najveća razlika u odnosu na Zemlju, proizlazi iz ogromnih fluktuacija temperature i, u manjoj mjeri, koncentracije ugljičnog dioksida dnevno. U području gdje trenutno boravi rover Perseverance, na primjer, razine temperature se mijenjaju za oko 50 stupnjeva Celzija tijekom dana. To uzrokuje da zvuk putuje do 30 metara u sekundi i utihne tri puta brže u toplijim satima u usporedbi s hladnijim. Promjene u temperaturi i razinama ugljičnog dioksida također uzrokuju varijacije u brzini zvuka i slabljenju kroz godišnja doba, iako je taj učinak izraženiji u polarnim područjima.

Rezultati omogućuju znanstvenicima da predviđaju brzinu i slabljenje zvuka za bilo koju lokaciju na površini Marsa u bilo koje doba godine i bilo koje doba dana, a model također može poboljšati razumijevanje znanstvenika o tome kako zapravo zvuče objekti koji proizvode zvuk na Marsu.

Studiju objavljenu u časopisu AGU možete pronaći na ovoj poveznici.