Utilizzando l'attrezzatura del rover Perseverance gli scienziati hanno individuato la velocità del suono su Marte che aiuterà a studiare l'atmosfera del pianeta rosso, molto diversa da quella della Terra. Ciò che hanno scoperto potrebbe avere alcune strane conseguenze per la comunicazione tra i futuri esploratori marziani.
I risultati suggeriscono che cercare di parlare nell'atmosfera di Marte potrebbe produrre uno strano effetto, dal momento che il suono più acuto sembra viaggiare più velocemente delle note basse. Non che ci proveremmo, visto che l'atmosfera di Marte è irrespirabile, ma è sicuramente divertente pensarci!
Da un punto di vista scientifico, i risultati, annunciati alla 53a Lunar and Planetary Science Conference dallo scienziato planetario Baptiste Chide del Los Alamos National Laboratory, rivelano fluttuazioni di alta temperatura sulla superficie di Marte che giustificano ulteriori indagini.
La velocità del suono non è una costante universale. Può cambiare, a seconda della densità e della temperatura del mezzo attraverso il quale viaggia; più denso è il mezzo, più velocemente viaggia. Ecco perché il suono viaggia a circa 343 metri al secondo nella nostra atmosfera a 20 gradi Celsius, ma anche a 1.480 metri al secondo in acqua e a 5.100 metri al secondo nell'acciaio.
L'atmosfera di Marte è molto più tenue di quella terrestre, circa 0,020 kg/m3, rispetto a circa 1,2 kg/m3 per la Terra. Questo da solo significa che il suono si propagherebbe in modo diverso sul pianeta rosso. Ma lo strato dell'atmosfera appena sopra la superficie, noto come Strato Limite Planetario, ha aggiunto complicazioni: durante il giorno, il riscaldamento della superficie genera correnti ascensionali convettive che creano forti turbolenze.
Gli strumenti convenzionali per testare i gradienti termici superficiali sono altamente precisi, ma possono soffrire di vari effetti di interferenza. Fortunatamente, Perseverance ha qualcosa di unico: microfoni che possono permetterci di sentire i suoni di Marte e un laser che può innescare un rumore perfettamente cronometrato.
Il microfono SuperCam è stato incluso per registrare le fluttuazioni di pressione acustica dallo strumento di spettroscopia di rottura indotta dal laser del rover mentre staccava campioni di roccia e suolo sulla superficie marziana. Questo ha portato un eccellente vantaggio, a quanto pare. Chide e il suo team hanno misurato il tempo tra lo sparo laser e il suono che ha raggiunto il microfono SuperCam a 2,1 metri di altitudine, per misurare la velocità del suono in superficie.
"La velocità del suono recuperato da questa tecnica viene calcolata sull'intero percorso di propagazione acustica, che va dal terreno all'altezza del microfono", scrivono i ricercatori nel loro documento di conferenza. "Pertanto, qualsiasi lunghezza d'onda è contorta dalle variazioni di temperatura e velocità e direzione del vento lungo questo percorso".
I risultati confermano le previsioni fatte utilizzando ciò che sappiamo dell'atmosfera marziana, confermando che i suoni si propagano attraverso l'atmosfera vicino alla superficie a circa 240 metri al secondo. Tuttavia, la stranezza del paesaggio sonoro mutevole di Marte è qualcosa di completamente inaspettato, con condizioni su Marte che portano a una stranezza non vista da nessun'altra parte.
"A causa delle proprietà uniche delle molecole di anidride carbonica a bassa pressione, Marte è l'unica atmosfera terrestre del Sistema Solare che sperimenta un cambiamento nella velocità del suono proprio nel mezzo della larghezza di banda udibile (da 20 Hertz a 20.000 Hertz)", scrivono i ricercatori.
A frequenze superiori a 240 Hertz, le modalità vibrazionali attivate dalla collisione delle molecole di anidride carbonica non hanno abbastanza tempo per rilassarsi o tornare al loro stato originale. Il risultato di ciò è che il suono viaggia più di 10 metri al secondo più velocemente a frequenze più alte rispetto a quelle basse.
Ciò potrebbe portare a quella che i ricercatori chiamano una "esperienza di ascolto unica" su Marte, con suoni più acuti che arrivano prima all'ascoltatore rispetto a quelli inferiori. Dato che tutti gli astronauti umani che viaggiano su Marte in qualsiasi momento presto dovranno indossare tute spaziali pressurizzate con attrezzature di comunicazione o vivere in moduli di habitat pressurizzati, è improbabile che questo ponga un problema immediato, ma potrebbe essere un concetto divertente per gli scrittori di fantascienza con cui armeggiare.
Poiché la velocità del suono cambia a causa delle fluttuazioni di temperatura, il team è stato anche in grado di utilizzare il microfono per misurare grandi e rapidi cambiamenti di temperatura sulla superficie marziana che altri sensori non erano stati in grado di rilevare. Questi dati possono aiutare a riempire alcuni degli spazi vuoti sullo strato limite planetario in rapida evoluzione di Marte.
Il team prevede di continuare a utilizzare i dati del microfono SuperCam per osservare come cose come le variazioni giornaliere e stagionali potrebbero influenzare la velocità del suono su Marte. Hanno anche in programma di confrontare le letture della temperatura acustica con le letture di altri strumenti per cercare di capire le grandi fluttuazioni.