Zacznijmy od tego, jaka jest prędkość dźwięku? Jest to z definicji prędkość propagacji fali dźwiękowej w ośrodku. Oznacza to, że żeby mówić o prędkości dźwięku, trzeba mieć jakieś medium, w którym ten dźwięk może się rozchodzić. Fala dźwiękowa powstaje w wyniku kompresji i rozcieńczania substancji, z której składa się to medium. Jest to fala podłużna, czyli taka, w której oscylacje mają ten sam kierunek, co kierunek ich propagacji.
Dlatego w próżni, gdzie praktycznie nie ma znaczenia, generalnie trudno mówić o propagacji dźwięku. Dla formy życia, która istnieje w takich warunkach, kombinacje takie jak najlepsze mikrofony czy głośniki Bluetooth nie miałyby sensu. Nawet biorąc pod uwagę, że nawet w kosmosie nie ma doskonałej pustki, bo mamy materię międzyplanetarną lub międzygwiazdową, jej gęstość jest zwykle tak mała, że propagacja dźwięku nie wchodzi w rachubę.
Prędkość dźwięku na Ziemi zależy przede wszystkim od…
Logiczny wniosek płynący z takiej definicji jest taki, że prędkość dźwięku można powiązać z gęstością medium i innymi jego właściwościami. Na Ziemi prędkość dźwięku w powietrzu, jeśli chodzi o dźwięk o niskiej intensywności (a tak jest w prawie wszystkich przypadkach, z którymi mamy do czynienia), nie zależy od częstotliwości oscylacji. Dlatego dźwięk składający się z różnych częstotliwości dociera do słuchacza jednocześnie jako całość (pomijam wpływ przeszkód i ewentualnych odbić modelujących dźwięk). Zamiast tego prędkość dźwięku zależy od temperatury powietrza.
Standardowo akceptowana prędkość dźwięku to 340 m/s, czyli prędkość, z jaką dźwięk osiąga przy 15 stopniach. W upalny dzień dźwięk rozchodzi się nieco szybciej, a przy mroźnej pogodzie prędkość jest znacznie mniejsza. Przy -40 st.C jest to już 306 m/s, a przy 40 st.C 355 m/s.
Oczywiście mówimy tylko o powietrzu, bo np. w drewnie, metalu, diamencie prędkość jest inna. W diamencie wynosi ona aż 18 km/s, podczas gdy w atmosferze składającej się wyłącznie z dwutlenku węgla jest to tylko 259 m/s.
Mars i źródła dźwięku na jego powierzchni
Mówiąc o dwutlenku węgla, warto wrócić na Marsa, gdzie atmosfera jest teraz w większości wypełniona tym gazem. Dwutlenek węgla stanowi 95% atmosfery Marsa. Jest tam też zwykle znacznie zimniej niż na Ziemi, a co chyba najważniejsze, gęstość atmosfery jest prawie pomijalna w porównaniu z gęstością atmosfery na Ziemi. Nawet na szczycie Everestu powietrze jest 50 razy gęstsze niż średnia gęstość powietrza na Marsie, gdzie łazik Perseverance przeprowadzał eksperymenty, aby zmierzyć prędkość dźwięku.
Do testów wykorzystano kilka różnych źródeł dźwięku. Na przykład wirniki śmigłowca Ingenuity, obracające się z prędkością 2500 obr/min, wydają dźwięk o częstotliwości 84 Hz, a fala dźwiękowa powstająca w wyniku parowania rumowiska skalnego po wystrzeleniu przez laser SuperCam ma częstotliwość 2000 Hz. Te źródła dźwięku znajdują się w wystarczającej odległości od łazika, w przeciwieństwie do kół łazika, które również hałasują podczas toczenia się po powierzchni Marsa. Dźwięk rejestrowany jest przez mikrofony Perseverance.
Dźwięk na Marsie ma inną prędkość i zależy to od częstotliwości
Na podstawie tych pomiarów udało się określić prędkość dźwięku w marsjańskiej atmosferze. Jak można by się spodziewać, ta prędkość jest podobna do medium składającego się w całości z dwutlenku węgla, ale co ciekawe, zależy od częstotliwości dźwięku.
Prędkość dźwięku na Marsie zależy od częstotliwości, im wyższa częstotliwość, tym wyższa prędkość dźwięku.
Tony niskie rozchodzą się więc z prędkością 240 m/s, a tony wyższe osiągają prędkość 250 m/s. Prawdopodobnie drgania o jeszcze wyższej częstotliwości, których Perseverance nie zarejestrował, rozprzestrzeniają się jeszcze szybciej. Teraz wyobraź sobie dźwięk instrumentu złożonego z różnych częstotliwości lub kilku instrumentów o różnych tonacjach, granych na Marsie. Co usłyszą nasze uszy? Ignorujemy trudności funkcjonowania człowieka na powierzchni Marsa bez skafandra kosmicznego czy pomieszczenia, w którym powietrze miałoby gęstość zbliżoną do ziemskiej.
Dwa mikrofony na pokładzie łazika Perseverance
Powyższa zależność, zdaniem naukowców, jest konsekwencją bardzo rozrzedzonej, zimnej i głównie dwutlenku węgla atmosfery. Wszystko to było wcześniej w sferze domysłów teoretycznych, ale teraz nawet krytycy nie zaprzeczają temu, ponieważ mamy realne pomiary.
Całość oczywiście nie jest taka prosta, bo podczas słuchania muzyki na Ziemi ważną rolę odgrywają również zakłócenia powodowane przez przeszkody w otoczeniu, a to też zmienia dźwięk w porównaniu do naturalnego. Na Marsie zmienna prędkość byłaby takim dodatkowym problemem.
Milczenie marsjańskie to termin, który dziś można uznać za truizm.
Środowisko na Marsie ma jeszcze jedną osobliwość. Chociaż dźwięk może się tam rozchodzić, bardzo szybko się tłumi. Już po 8 metrach może być mocno przytłumiony, a w przypadku najwyższych częstotliwości całkowicie przytłumiony. To 8 razy mniej odległości niż na Ziemi. Z tego powodu naukowcy sugerują, że Mars jest przez większość czasu bardzo cichy. Tak cicho, że Mission Control wyczuło, że mikrofony łazika są zepsute i nie działają.
Niskie ciśnienie w marsjańskiej atmosferze powoduje, że dźwięk na Marsie jest bardzo szybko zagłuszany.
Warunki są prawdopodobnie podobne jak w komorze bezechowej, która teoretycznie jest idealną pozycją odsłuchową dla audiofila (w praktyce charakter pomieszczenia może mieć korzystny wpływ i taka komora nie zawsze jest wygodna). Jak również skład atmosfery, która jest zabójcza dla naszych płuc.
Źródło: NASA, inf. posiadać
Dodaj komentarz