سرعت صوت در مریخ به‌طور عجیبی با زمین متفاوت است

دانشمندان با استفاده از ابزار مریخ‌نورد پرسویرنس برای بررسی جوّ مریخ، سرعت صوت در سیاره‌ی سرخ را اندازه‌گیری کردند و دریافتند که بسیار متفاوت با زمین است. این سرعت ممکن است پیامدهای عجیبی برای مهاجران آینده‌ی مریخ داشته باشد. یافته‌ها نشان می‌دهند تلاش برای صحبت در جوّ مریخ ممکن است اثری عجیب را تولید کند؛ زیرا صوت‌هایی که گام بلندتری دارند، سریع‌تر از نوت‌های بم حرکت می‌کنند. با اینکه جوّ مریخ تنفس‌ناپذیر است، فکرکردن به این مسئله جذاب به‌نظر می‌رسد.

سرعت صوت فقط یک ثابت فراگیر نیست؛ بلکه براساس چگالی و دمای محیطی که در آن در حال حرکت است، تغییر می‌کند. هرچه محیط چگال‌تر باشد، سرعت صوت هم بیشتر می‌شود. به‌همین‌دلیل، صوت در جوّ زمین با دمای ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد با سرعت ۳۴۳ متر بر ثانیه حرکت می‌کند؛ اما سرعت آن در آب به ۱,۴۸۰ متر بر ثانیه و در فولاد به ۵۱۰۰ متر بر ثانیه می‌رسد.

جوّ مریخ درمقایسه‌با جوّ زمین رقیق‌تر است؛ درنتیجه ممکن است صوت در مریخ به‌شکل متفاوتی در سیاره‌ی سرخ منتشر شود؛ اما لایه‌ی جوّ بالای سطح که با عنوان لایه‌ی مرزی سیاره‌ای شناخته‌ می‌شود، باعث پیچیده‌ترشدن محاسبات می‌شود. در طول روز، گرمایش سطح باعث حرکت رو به بالای هوا می‌شود که آشفتگی‌های شدیدی ایجاد می‌کند.

مریخ‌نورد پرسویرنس ناسا در سطح مریخ

ابزارهای متداول برای آزمایش طیف‌های گرمایی سطحی از دقت زیادی برخوردار‌‌ند؛ اما دچار آثار تداخل متعددی هستند. خوشبختانه پرسویرنس از ویژگی منحصر‌‌به‌فردی بهره می‌برد: میکروفون‌هایی که امکان شنیدن صداهای مریخ را می‌دهند و لیزری که می‌تواند نویز زمان‌بندی‌شده‌ی بی‌نقصی را ایجاد کند.

میکروفون سوپرکم هم برای ثبت نوسان‌های فشار آکوستیک از ابزار طیف‌سنجی تجزیه‌ی لیزری در نظر گرفته شد که نمونه‌های خاک و سنگ را از سطح مریخ برمی‌دارد. این ویژگی پرسویرنس مزیت بزرگی دارد. چاید و تیم او زمان بین پرتاب لیزر و رسیدن صدا بین میکروفون سوپرکم را در ارتفاع ۲.۱ متری اندازه‌گیری کردند تا بتوانند سرعت صوت را در سطح اندازه‌گیری کنند. پژوهشگران می‌گویند:

سرعت صوت دریافتی در این تکنیک روی کل مسیر انتشار آکوستیک محاسبه می‌شود که از زمین تا ارتفاع میکروفون را دربر می‌گیرد. درنتیجه، در هر طول موج مشخص به‌دلیل تغییرات دما و سرعت و جهت باد تغییر می‌کند.

نتایج پیش‌بینی‌های مرتبط با جوّ مریخ را تأیید می‌کنند و نشان می‌دهند صوت در جوّ نزدیک به سطح با سرعت دقیق ۲۴۰ متر بر ثانیه منتشر می‌شود. بااین‌حال، تغییر چشم‌انداز صوتی مریخ غیرمنتظره و این شرایط در جای دیگری مشاهده نشده است. پژوهشگران می‌افزایند:

به‌دلیل ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد مولکول‌های کربن‌دی‌اکسید در فشار کم، جوّ مریخ یگانه نمونه در میان سیاره‌های سنگی منظومه‌ی شمسی است که تغییر سرعت زیاد صوت در پهنای باند شنیدنی (۲۰ تا ۲۰ هزار هرتز) را تجربه می‌کند.

در فرکانس‌های بالاتر از ۲۴۰ هرتز، حالت‌های لرزشی برخورد مولکول‌های کربن‌دی‌اکسید زمان کافی برای استراحت یا بازگشت به وضعیت اصلی ندارند. نتیجه‌ی این وضعیت حرکت صوت با سرعت ۱۰ متر بر ثانیه سریع‌تر در فرکانس‌های بالاتر درمقایسه‌با فرکانس‌های پایین‌تر است. این روند به «تجربه‌ی شنیداری منحصر‌به‌فرد» در مریخ منجر می‌شود؛ به‌طوری‌که صوت‌هایی با گام بالاتر زودتر از صوت‌های پایین‌تر به گوش شنونده می‌رسند.

با‌‌‌توجه‌‌‌به اینکه فضانوردان در آینده‌ای نزدیک به مریخ سفر می‌کنند، باید لباس‌هایی با تجهیزات ارتباطی بپوشند یا در ماژول‌های زیستگاهی دارای فشار زندگی کنند که بعید است مشکلی پیدا کنند. باوجوداین، نویسندگان علمی‌تخیلی می‌توانند قابلیت صوت در مریخ را دستمایه‌ی آثارشان قرار دهند.

ازآن‌‌جاکه سرعت صوت به‌دلیل نوسان‌های دما تغییر می‌کند، پژوهشگران از میکروفون برای اندازه‌گیری تغییرات دمایی سریع و بزرگ سطح مریخ استفاده کردند؛ به‌طوری‌که حسگرهای دیگر نمی‌توانند آن‌ها را کشف کنند. این داده‌ها می‌توانند به توجیه دلیل تغییر لایه‌ی مرزی سیاره‌ای در مریخ کمک کنند.

مقاله‌ی کنفرانسی پژوهش را می‌توانید در این آدرس بخوانید.