Скорость звука на Марсе оказалась ниже, чем на Земле

Марсоход Perseverance позволил учёным установить, что скорость звука на Красной планете ниже, чем на Земле, а особенности распространения акустических волн могут привести к неожиданным последствиям при установке связи.

Звуковые волны проходят через марсианскую атмосферу медленнее, чем через земную, и это предсказуемо, поскольку их скорость зависит от плотности среды, в которой они распространяются, а также от её температуры. Так, при 20 °C скорость звука в земной атмосфере составляет 343 м/с, а в гораздо более плотной воде этот показатель возрастает уже до 1480 м/с. Атмосфера Марса более разреженная и тонкая в сравнении с земной, и скорость звука в ней составляет 240 м/с.

Севший в феврале 2021 года на Марс ровер Perseverance помог учёным обнаружить (PDF) ещё одну неожиданную особенность распространения звука на Красной планете. Учёные Национальной лаборатории Лос-Аламоса при Министерстве энергетики США при помощи микрофона на приборе SuperCam марсохода Perseverance установили, что высокие звуки распространяются на планете быстрее низких — подобный эффект нигде ранее не наблюдался.

Учёные связывают этот эффект с тепловыми флуктуациями марсианской атмосферы на высоте до 10 км, которая в светлое время суток нагревается от камней на поверхности планеты, образуя турбулентные участки. Это меняет поведение молекул углекислого газа, из которого на 96 % состоит атмосфера Марса, и скорость звука начинает меняться прямо в пределах слышимого диапазона (от 20 до 20 000 Гц).

При частотах выше 240 Гц вызванные столкновениями колебания молекул углекислого газа затухают медленнее, и возврат в первоначальное состояние занимает больше времени. В результате высокочастотные звуковые волны распространяются более чем на 10 м/с быстрее низкочастотных. Это значит, что стоящий на поверхности Марса гипотетический испытуемый будет слышать музыку от достаточно удалённого источника по-другому: сначала высокие ноты, а потом низкие.

Авторы открытия собираются продолжить исследования при помощи микрофона на SuperCam. Они хотят определить степень влияния времени суток или сезонов на скорость звука, а также попробовать измерить её в условиях крупных тепловых флуктуаций.