火星声音很难远距离传播，与大气特殊成分有关

　　据报道，目前，美国宇航局“毅力号”火星车首次通过传声器捕捉到火星声音，一项最新研究揭示了关于火星声学和声音特征的重大发现，使人们更全面深入地认知这颗红色星球。

　　1976年7月20日，“海盗1号”火星探测器在火星表面着陆，它是首个成功登陆火星的探测器，随后向地球传回两张清晰的火星照片，照片中的火星表面遍布岩石，存在与地球相似的沙漠区域，尽管后续其他探测器拍摄到大量火星照片，但在接近50年的时间里，人们对火星的认知仅限于视觉勘测。现在“毅力号”火星车改变了人们对火星的传统认知，该火星车装配两个传声器，可使地面工作人员聆听到火星声音，探测到火星独特的大气层和声音传播模式。

　　长期以来，天文学和天体物理学等领域的科研人员一直利用电磁波谱(伽马射线到无线电波之间所有波谱)，来探测地外太空环境，相比之下，人类对宇宙声学探索才刚刚开始……

　　尽管研究人员利用声波测绘地球海底环境，推测大气层风力模式，跟踪闪电，以及完成其他科学勘测任务，但是美国宇航局仅在少数太空任务中配备专用传声器，据悉，在“毅力号”火星车之前，至少有2次火星任务在设计中都安装了传声器，第一次安装的传声器是1999年美国宇航局“火星极地号”着陆器，不幸的是，它在火星表面坠毁；第二次安装的传声器是2007年发射升空的“凤凰号”火星探测器，但是传声器未顺利启动，记录火星声音的任务再次以失败告终。

　　直到2021年初，伴随着“毅力号”火星车着陆火星表面之后，研究人员才开始拼凑火星表面的环境声音，2022年4月1日，《自然》杂志发表研究报告称，“毅力号”火星车首次捕捉到火星声音，目前人们可以在美国宇航局网站收听到奇妙怪异的火星声音。

　　捕捉火星声音

　　该研究作者之一、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室博士后巴蒂斯特·齐德(Baptiste Chide)称，我们耐心说服了美国宇航局，让该机构相信在毅力号有效载荷中添加传声器具有重要价值。

　　在行星科学家西尔维斯特·莫里斯(sylveststre Maurice)和戴维·米蒙(David Mimoun)的帮助下，2020年，齐德取得了法国图卢兹大学博士学位，他们与洛斯阿拉莫斯国家实验室的一个科研团队合作，设计了超级相机(SuperCam)，随后超级相机安装在“毅力号”火星车桅杆上，该火星车其中一个传声器就安装在超级相机上，另一个传声器则安装在火星车侧面的相机上。

　　齐德在博士生期间研究方向就是设计太空探测装置，他们设计的传声器被美国宇航局采用，尽管传声器装配在火星车上风险较高，但美国宇航局仍信心十足，认为它具有一定的科研价值，齐德说：“我的博士论文课题就是传声器设计，这是一个冒险的赌注，但也是一个有高回报的赌注！”

　　没有人类和动物的喧嚣，火星几乎是一颗寂静星球，只有阵阵疾风，因此，毅力号任务超级相机团队决定分析捕捉神秘的火星声音。超级相机的部分任务是使用激光轰击附近岩石，并记录反射声波和相关光学信号，从而确定火星岩石硬度和化学成分，此外，扬声器还能接收到更远处的声音，包括：美国宇航局“机智号”火星直升机叶片的嗡嗡声，这是第一架在其他星球实现动力控制飞行的直升机。

　　破解火星噪音

　　依据火星激光器和直升机产生的噪音，研究人员能够确定火星声速比地球声速慢，此外，不同频率的声音以不同速度传播，在地球上，声速达到1236千米/小时(343.2米/秒)，但在火星表面，高音声速达到900千米/小时，低音声速则传播较慢，864千米/小时。此类高低音声速差异现象也存在于地球，但其频率超出了人类听力范围，因此我们通常不会注意到这种差异。

　　齐德指出，低频和高频声音之间的速度差异在远距离传播过程中最为明显，例如：如果我们在火星上参加音乐会，距离舞台几百米的区域，在听到低频信号前几毫秒会听到高频信号，这将导致声音传播失真，为了让音乐传到观众的耳朵，乐队还必须将音量调至最大，因为火星表面声音传播并没有地球那么远。

　　事实上火星独特的声音传播模式是由于火星特殊大气层所致，与地球大气层主要是由氧和氮构成不同，火星大气层96%是二氧化碳，而且稀薄，温度极低，这些因素结合在一起导致二氧化碳分子以一种吸收高频声音的方式发生振动，从而阻止火星噪音传播到更远的区域。

　　考虑到温度对声音传播具有如此显著的影响，齐德和同事们怀疑火星声音传播速度会随季节甚至一天不同时间段，而出现明显变化，随着近期火星沙尘暴气候临近，研究人员预计传声器将探测到火星风力和温度变化。超级相机的传声器具有前所未有的灵敏度，比之前火星记录压力波动范围精准1000倍，因此，该传声器能感应到叫做“微湍流”的微型风旋涡，它搅动着尘埃，塑造着火星地貌，混合了火星大气中的化学物质和溶胶，并通过吸收太阳辐射来控制火星表大气温度。

　　刷新认知理论

　　在“毅力号”火星车捕捉到火星声音之前(相关录音文件时长不到6小时)，科学界对于火星声景模型的认知程度仅是理论概念，甚至部分研究人员提出相互矛盾的预测。美国路易斯安那大学拉斐特分校物理学家安迪·佩特勒斯库(Andi Petculescu)擅长研究行星大气的声学特性，他认为，这项最新研究是一个“认知突破”，将有助于研发更一致的火星声学模型。

　　考虑到低温、稀薄、富含二氧化碳的火星大气层会使火星声学模型显得“不太友好”，佩特勒斯库对火星传声器获得如此清晰信号感到惊讶，在接受媒体采访时，他建议未来太空飞船尽可能装配声学传感器，从而更多地了解其他星球大气的声学特征。例如：土卫六拥有密度较高的大气层，以及丰富的背景噪音记录，包括：甲烷暴雨。据悉，美国宇航局计划2027年发射“蜻蜓号”探测器任务，它是一个类似直升机的无人机装置，将飞越土卫六，它在相关气象实验中配备两个传声器，能弥补“惠更斯号”探测器之前的勘测记录。

　　该研究报告合著作者、火星超级相机首席研究员罗杰·维恩斯(Roger Wiens)解释称，行星科学中的声学研究日臻成熟，我们正在了解声音在不同星球大气层中传播的新模式。

　　他强调指出，在未来人类踏上这颗红色星球之前，深入了解声音物理学对于推断火星风向、风速之类的信息，甚至通过科学仪器运行产生的声音来判断是否出现故障，都是至关重要的。事实上，当人类最终登陆火星表面，可能必须使用无线电等通讯设备进行交流，因为声音不会传播很远。就像人类不能在道路另一侧朝着认识的人大喊大叫，更不用说，在火星表面人类必须佩戴着头盔。