Mit dem Perseverance-Rover konnten Wissenschaftler feststellen, dass die Schallgeschwindigkeit auf dem Roten Planeten geringer ist als auf der Erde, und die Merkmale der Ausbreitung von Schallwellen können zu unerwarteten Konsequenzen beim Aufbau der Kommunikation führen.
Schallwellen bewegen sich langsamer durch die Marsatmosphäre als die Erdatmosphäre, und dies ist vorhersehbar, da ihre Geschwindigkeit von der Dichte des Mediums abhängt, in dem sie sich ausbreiten, sowie von seiner Temperatur. Bei 20 °C beträgt die Schallgeschwindigkeit in der Erdatmosphäre also 343 m/s, in viel dichterem Wasser steigt diese Zahl auf 1480 m/s. Die Atmosphäre des Mars ist seltener und dünner als die der Erde, und die Schallgeschwindigkeit in ihr beträgt 240 m/s.
Der Rover Perseverance, der im Februar 2021 auf dem Mars landete, half Wissenschaftlern, ein weiteres unerwartetes Merkmal der Schallausbreitung auf dem Roten Planeten zu entdecken (PDF). Wissenschaftler des Los Alamos National Laboratory des US-Energieministeriums stellten mit einem Mikrofon am SuperCam-Instrument des Perseverance-Rover fest, dass sich hohe Töne auf dem Planeten schneller ausbreiten als tiefe – ein ähnlicher Effekt wurde nirgendwo sonst beobachtet.
Wissenschaftler führen diesen Effekt auf thermische Schwankungen in der Marsatmosphäre in einer Höhe von bis zu 10 km zurück, die tagsüber durch Steine auf der Oberfläche des Planeten erhitzt wird und turbulente Bereiche bildet. Dadurch ändert sich das Verhalten der Kohlendioxidmoleküle, die 96 % der Marsatmosphäre ausmachen, und die Schallgeschwindigkeit beginnt sich direkt im hörbaren Bereich (von 20 bis 20.000 Hz) zu ändern.
Bei Frequenzen über 240 Hz klingen kollisionsinduzierte Schwingungen von Kohlendioxidmolekülen langsamer ab und es dauert länger, bis sie in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren. Dadurch breiten sich hochfrequente Schallwellen mehr als 10 m/s schneller aus als niederfrequente. Das bedeutet, dass eine hypothetische Testperson, die auf der Marsoberfläche steht, Musik aus einer ziemlich entfernten Quelle auf andere Weise hört: zuerst hohe Töne, dann tiefe.
Die Autoren der Entdeckung werden ihre Forschung mit einem Mikrofon auf der SuperCam fortsetzen. Sie wollen bestimmen, inwieweit Tages- oder Jahreszeiten die Schallgeschwindigkeit beeinflussen, und versuchen, sie auch unter Bedingungen großer thermischer Schwankungen zu messen.
2022-04-01 17:02:25
Autor: Vitalii Babkin