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Mikrofone auf dem Mars offenbaren zum ersten Mal die Klänge eines anderen Planeten.

Perseverance trägt zwei Mikrofone: Das Mikrofon am Mast ist Teil des Wissenschaftsinstruments SuperCam. Das Mikrofon an der Seite des Rovers sollte die Geräusche des Eintritts, des Abstiegs und der Landung für öffentliches Engagement erfassen.NASA / JPL-Caltech

Mikrofone auf dem Perseverance-Rover der NASA haben Klanglandschaften aufgezeichnet, die eine Audioumgebung auf dem Mars offenbaren, die sich stark von der auf der Erde unterscheidet. In einer unbearbeiteten Aufnahme, die zwei Tage nach der Landung aufgenommen wurde, hören Sie einen leisen Schlag, gefolgt von böigen Winden, die in das Mikrofon wehen.

Ein Mikrofon auf der Seite von Perseverance hat dieses Audio am 20. Februar 2021 von der Marsoberfläche aufgenommen. Geräusche des Rovers dominieren diesen Clip, obwohl Sie auch den Wind hören können.NASA / JPL-Caltech

Der Schlag kann von etwas kommen, das sich im Rover bewegt, aber das meiste Geräusch, das das Mikrofon aufnimmt, kommt vom Wind, sagt Alex Stott (Universität Toulouse), ein Mitglied des großen internationalen Teams, das die Analyse der online veröffentlichten Marsaufzeichnungen veröffentlicht hat am 1. April in der Natur. Die Gruppe nutzt die Klanglandschaften, um den Mars, seine Atmosphäre und ihre Interaktion mit dem Rover zu untersuchen.

Theoretiker hatten zuvor die Akustik der Marsatmosphäre modelliert, aber Messungen zum Testen der Modelle fehlten. Es lag nicht an mangelnden Versuchen: Der Mars Polar Lander der NASA trug Mikrofone, stürzte jedoch 1999 ab, und der Phoenix Lander trug Mikrofone, als er 2008 erfolgreich landete, aber technische Probleme verhinderten, dass sie funktionierten.

Der dritte Versuch ist der Reiz: Die beiden Mikrofone von Perseverance begannen kurz nach der Landung am 18. Februar 2021 zu arbeiten. Eines am Mast seines SuperCam-Instruments wurde am Tag nach der Landung eingeschaltet, nachdem der Mast aufgestellt worden war; es sitzt 2,1 Meter über dem Boden. Die zweite ruht einen Meter über dem Boden auf der Entry, Descent and Landing Camera und wurde am zweiten Tag nach der Landung eingeschaltet. In diesen Positionen nehmen sie natürliche Geräusche von Marswinden sowie Geräusche des Rovers auf.

Das Mikrofon am Mast von Perseverance hat am 22. Februar 2021 Marswinde aufgezeichnet. Rover-Hintergrundgeräusche wurden entfernt, sodass Winde den Ton dominieren.NASA / JPL-Caltech / LANL / CNES / CNRS / ISAE-Supaéro

Geräusche des Mars

Die Klanglandschaft wird durch die Ausbreitung von Schallwellen geformt, die vom Druck und der Zusammensetzung des Gases abhängt, durch das sie strömen. Die Luft auf dem Mars hat einen Druck von weniger als 1 % des Drucks der Erdatmosphäre und besteht zu etwa 95 % aus Kohlendioxid, daher ist es nicht verwunderlich, dass sich Schall auf den beiden Planeten unterschiedlich verhält. Die Unterschiede zusammen dämpfen Schallwellen auf dem Mars etwa 100-mal stärker als auf der Erde.

Marswinde sind turbulent, erzeugen Geräusche und bilden Wirbel oder Wirbel, die schrumpfen und ihre Energie allmählich zerstreuen, sagt Stott. Die dünne Atmosphäre fördert turbulente Konvektion und schnelle Druckschwankungen während des Tages, aber die Strahlungskühlung ist nachts stark und erzeugt stabile Bedingungen, die Turbulenzen verhindern.

Beharrlichkeit kann die Schallgeschwindigkeit messen, wenn sie Laserimpulse abfeuert, um Gestein mehrere Meter entfernt zu verdampfen. Die dabei entstehenden Stoßwellen, die durch die Hitze des Lasers entstehen, nehmen die Mikrofone als Klicks auf. Durch die Messung der Zeit zwischen Laserpuls und Klick können Wissenschaftler die Schallgeschwindigkeit messen und bestätigen, dass sie mit 240 Metern pro Sekunde (540 mph) langsamer ist als die 340 m/s (760 mph) auf der Erde.

Dies ist die erste akustische Aufzeichnung von Lasereinschlägen auf ein etwa drei Meter entferntes Felsziel, Máaz („Mars“ in Navajo). Manche Laserzaps sind lauter als andere; Diese Variationen fügen Informationen über die physikalische Struktur der Targets hinzu, wie z. B. ihre relative Härte oder das Vorhandensein von Verwitterungsbeschichtungen. NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS/ISAE-Supaéro

Messungen zeigen auch, dass Marsgeräusche andere seltsame Macken haben. Zum einen springt die Schallgeschwindigkeit um etwa 10 m/s, wenn die Schallfrequenz über 240 Hertz ansteigt, aufgrund von Schwingungsresonanzen im Kohlendioxid, das den größten Teil der Marsluft ausmacht. Dieser Unterschied mag klein erscheinen, aber er liegt nahe der Mitte des hörbaren Spektrums und ist groß genug, um für das menschliche Ohr falsch zu sein. „Ein ähnliches [jump] passiert auf der Erde, aber es passiert bei höheren Frequenzen und in der Stratosphäre“, sagt Stott, damit es niemand bemerkt.

Die Schallübertragung in der Marsluft ist schwächer als auf der Erde und fällt mit der Frequenz stark ab, sodass der Mars ein ruhiger Ort ist. Die Mars2020-Website der NASA demonstriert daher die Unterschiede, indem sie übliche terrestrische Geräusche mit Modellen dessen vergleicht, wie sie auf dem Mars klingen würden. Der Lärm des Stadtverkehrs beispielsweise würde auf dem Mars etwas sinken, aber das Vogelgezwitscher würde auf fast nichts sinken.

Dieser Clip zeigt Vögel, die mit Stadtgeräuschen im Hintergrund zwitschern; Ein zweiter Clip wurde angepasst, um zu simulieren, wie dies auf dem Mars klingen würde, wobei die Temperatur, Dichte und Chemie der Luft berücksichtigt wurden. NASA/JPL-Caltech

(Nur zum Spaß können Sie sich sogar selbst aufnehmen und sehen, wie Sie auf dem Mars klingen würden, wenn Sie dieselben Soundmodelle verwenden!)

Klänge der Ausdauer

Die Mikrofone auf dem Mars sammeln auch Daten, um die Instrumentenleistung zu überwachen und die Rover-Ausrüstung zu testen. Um Möglichkeiten zur Sauerstofferzeugung auf dem Mars zu testen, führt die NASA ein Experiment namens MOXIE durch. „Es hat viele Pumpen“, sagt Stott, und Geräusche von der Maschine können Ingenieuren auf der Erde dabei helfen, ihr Verhalten zu überwachen, wie das Hören der Vibrationen einer Waschmaschine. Die Mikrofone erwiesen sich auch als empfindlich genug, um Geräusche des kleinen Versuchshubschraubers Ingenuity zu erkennen, als dieser als erstes Flugzeug auf einem anderen Planeten flog.

NASA-Ingenieure verarbeiteten und kombinierten drei Aufnahmen des Perseverance-Rover, als er auf dem Mars fuhr, zu einem 85-Sekunden-Highlight-Film. NASA/JPL-Caltech

„Wir nutzen Sound als eine neue Art der Erkundung“, sagt Stott. Der Mars stellt nach vielen Versuchen die erste Gelegenheit dar, die wir dazu hatten. Es kann eine Weile dauern, bis wir andere Körper in unserem Sonnensystem auf die gleiche Weise erforschen können.

Der größte Saturnmond Titan hat eine Stickstoff-Methan-Atmosphäre mit einem Bodendruck, der etwa 50 % höher ist als der der Erde. Der Bodendruck der überhitzten Kohlendioxidatmosphäre der Venus beträgt mehr als das 90-fache des Erddrucks. Aber kommende Missionen zu diesen Welten, darunter Dragonfly to Titan und zwei Orbiter und eine atmosphärische Sonde zur Venus, werden noch keine Mikrofone enthalten.


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