Для обеспечения будущих миссий на Марсе, особенно с присутствием людей, необходимо понимать физику ряда явлений на Красной планете. Например, особенности распространения звука в атмосфере. Как показали исследования, звук распространяется на Марсе с разной скоростью в зависимости от времени суток. Новая работа даёт возможность предсказать скорость звука в любой момент в любой точке Марса.
Панорама из снимков марсохода NASA Curiosity. Источник изображения: ASA/JPL-Caltech
На марсоходе NASA Perseverance установлено несколько микрофонов. Они необходимы для изучения свойств материалов на Марсе, но также дают представление о звуковом фоне на планете. Например, ровер записал звуки пылевого вихря. При расшифровке записей учёные установили, что звуковые волны частотой ниже 240 Гц распространяются в атмосфере Марса примерно на 10 м/с медленнее, чем звуки более высоких частот. В этом виноват углекислый газ, содержание которого в воздухе Марса составляет 95 % — он частично поглощает энергию звуковых волн на низких частотах и замедляет их распространение.
Группа учёных из США и Франции взялась в деталях изучить распространение звука в атмосфере Марса в пределах первых 20 м от уровня поверхности. На основе полученных ранее данных об условиях на Марсе (температуры, давлении и концентрации углекислого газа), была составлена модель изменения скорости звука в зависимости от этих величин. На Марсе обычны скачки температуры в течение суток до 60 °C и перепады концентрации углекислого газа до 30 % от объёма. Всё это в разной, но сильной степени меняет скорость распространения звука в воздухе Красной планеты.
Расчеты позволили сделать несколько интересных выводов, которые были опубликованы в журнале JGR: Planets. Во-первых, пыль, похоже, не влияет на распространение звука, как это происходит на Земле. Изменение скорости звука вместе с изменением температуры (около 0,5 м/с на каждый 1 °C) также аналогично наблюдаемой на Земле динамике.
Чего нет на Земле, так это чрезвычайно высокой концентрации углекислого газа, и в этом отличие Марса. Однако самое большое отличие от Земли связано с огромными ежедневными колебаниями температуры. На этом фоне концентрация углекислого газа уже не такой решительный фактор. В самые жаркие часы на Марсе скорость затухания звука в атмосфере оказывается в три раза выше, чем в холодные. Всё вместе позволило учёным создать наиболее точную на сегодня модель предсказания скорости звука на Марсе в любое время дня, в любое время года и в любой точке планеты.
Наконец, предложенная модель позволит интерпретировать звуки, записанные микрофонами марсоходов, ведь они будут, по сути, записывать искажённую картину, которая подлежит коррекции для правильной оценки.
