Il suono ha un comportamento inatteso su Marte

La velocità del suono su Marte, misurata utilizzando l’attrezzatura del rover Perseverance per studiare l’atmosfera del pianeta rosso, è molto diversa da quella che si rileva sulla Terra.

Si tratta di una scoperta che potrebbe avere delle strane conseguenze sulla comunicazione tra i futuri marziani.

I risultati suggeriscono che provare a parlare nell’atmosfera di Marte potrebbe produrre uno strano effetto, dal momento che i suoni più acuti sembrano viaggiare più velocemente delle note basse. Non che ci proveremmo, visto che l’atmosfera di Marte è irrespirabile, ma è sicuramente strano da pensare.

Dal punto di vista scientifico, i risultati, annunciati alla 53a Conferenza di scienze lunari e planetarie dal planetologo Baptiste Chide del Los Alamos National Laboratory, rivelano fluttuazioni di temperatura elevata 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 veloce viaggia il suono. Infatti sulla Terra il suono viaggia a circa 343 metri al secondo nella nostra atmosfera a 20 gradi Celsius, ma anche a 1.480 metri al secondo nell’acqua ed 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 della Terra. Questo da solo significa che il suono deve propagarsi in modo diverso sul pianeta rosso. Inoltre, lo strato dell’atmosfera appena sopra la superficie, noto come Planetary Boundary Layer, aggiunge 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 molto precisi, ma possono subire vari effetti di interferenza. Fortunatamente, Perseverance ha qualcosa di unico: microfoni che possono permetterci di ascoltare i suoni di Marte e un laser che può attivare un rumore perfettamente sincronizzato.

Il microfono SuperCam è stato incluso per registrare le fluttuazioni della pressione acustica dallo strumento di spettroscopia di rottura indotta dal laser del rover mentre abla campioni di roccia e suolo sulla superficie marziana.

Il rover Perseverance della NASA su Marte. (NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Ciò ha comportato un eccellente vantaggio, a quanto pare. Chide e il suo team hanno misurato il tempo tra lo sparo del laser e il momento in cui il suono raggiunge il microfono SuperCam a 2,1 metri di altitudine, per misurare la velocità del suono in superficie.

“La velocità del suono recuperata con questa tecnica viene calcolata sull’intero percorso di propagazione acustica, che va dal suolo all’altezza del microfono“, scrivono i ricercatori nel documento presentato alla conferenza. “Pertanto, a qualsiasi lunghezza d’onda è contorto dalle variazioni di temperatura e velocità e direzione del vento lungo questo percorso“.

I risultati confermano le previsioni fatte usando ciò che sappiamo dell’atmosfera marziana, confermando che i suoni si propagano attraverso l’atmosfera vicino alla superficie a circa 240 metri al secondo, più lentamente che sulla Terra, quindi.

Tuttavia, la stranezza del paesaggio sonoro mutevole di Marte è qualcosa di completamente fuori dal comune, con le condizioni su Marte che portano a una stranezza che non si vede da nessun’altra parte.

“A causa delle proprietà uniche delle molecole di anidride carbonica a bassa pressione, Marte ha l’unica atmosfera tra i pianeti rocciosi del Sistema Solare in cui il suono subisce un cambiamento nella velocità proprio nel mezzo della larghezza di banda udibile (da 20 Hertz a 20.000 Hertz)“, scrivono i ricercatori.

A frequenze superiori a 240 Hertz, i modi vibrazionali delle molecole di anidride carbonica attivati ​​dalla collisione non hanno abbastanza tempo per rilassarsi o tornare al loro stato originale. Il risultato è che il suono viaggia più di 10 metri al secondo più veloce alle frequenze più alte rispetto a quelle basse.

Ciò potrebbe portare a quella che i ricercatori chiamano “un’esperienza di ascolto unica” su Marte, con suoni acuti che arrivano prima all’ascoltatore rispetto a quelli più bassi.

Dato che qualsiasi astronauta umano che si recherà su Marte dovrà indossare tute spaziali pressurizzate con apparecchiature di comunicazione, o vivere in moduli habitat pressurizzati, è improbabile che questo rappresenti un problema immediato, ma potrebbe essere un concetto divertente su cui potrebbero speculare gli scrittori di fantascienza o, in un futuro più lontano, eventuali artisti che vivranno sul Pianeta Rosso.

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.

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.

È possibile leggere il documento della conferenza sul sito Web della conferenza.