Чи відрізняється швидкість звуку на Марсі від Земної?

Згідно зі спеціальною теорією відносності Ейнштейна, швидкість світла у вакуумі однакова, де б ви її не вимірювали у Всесвіті. Незалежно від того, де ви перебуваєте – на Землі, Марсі чи Зозве, – якщо ви виміряєте швидкість світла, то виявите, що воно мчить зі швидкістю 299 792 458 метрів на секунду (983 571 056,43 футів на секунду), що є абсолютною межею швидкості Всесвіту.

Звук – це не те саме, що світло. Як пояснює постер до фільму “Чужий”, у космосі ніхто не почує вашого крику. Або, кажучи по-іншому, що не продасть стільки квитків у кіно, звук не може подорожувати у вакуумі, оскільки він є вібрацією, що поширюється у вигляді акустичної хвилі крізь середовище, будь то рідина, тверде тіло чи газ.

Звук рухається з різною швидкістю крізь ці середовища, причому в середовищах з більшою густиною він рухається швидше. На Землі звук рухається зі швидкістю 1 500 метрів (5 000 футів) на секунду у воді, а в повітрі – близько 340 метрів (1 115 футів) на секунду. У твердих тілах звук рухається набагато швидше, хоча наскільки швидко – залежить від твердого тіла. Вчені, які намагалися обчислити максимальну швидкість звуку, виявили, що вона зменшується зі зменшенням маси атома, а це означає, що звук буде найшвидшим, якщо він поширюватиметься через твердий водень. Хоча твердий водень існує лише за надзвичайно високого тиску, як у газових гігантах на кшталт Юпітера, вчені підрахували, що звук рухався б у ньому зі швидкістю 36 кілометрів на секунду (22 милі на секунду), що, ймовірно, є найшвидшою швидкістю, з якою може рухатися звук.

Це підводить нас до відповіді на питання, винесене в заголовок цієї статті. Атмосфера Землі набагато щільніша за атмосферу Марса – на поверхні нашої планети вона приблизно в 100 разів щільніша, ніж на червоній. Тому можна очікувати, що звук там поширюватиметься повільніше, ніж тут, якщо атмосфера достатньо щільна, щоб переносити звук на значні відстані.

Звісно, ми маємо записи звуку на Марсі, в тому числі й марсіанського пилового диявола, завдяки армії роботів, яких ми туди відправили. Тож ми знаємо, що звук подорожує туди експериментально.

Насправді, Марс – одна з двох планет, де ми дійсно виміряли швидкість звуку. В експерименті 2022 року марсохід НАСА Perseverance вистрілив лазером у каміння і чекав, поки ударну хвилю, що утворилася, почують його мікрофони. Як і на Землі, швидкість звуку змінюється залежно від температури та висоти, але експерименти, проведені марсоходом, показали, що швидкість звуку в кратері Єзеро в середньому становить близько 240 метрів на секунду (540 миль на годину).

Коли на Марсі день змінюється на ніч, швидкість змінюється приблизно на 10 відсотків через падіння температури. Звук на Марсі не перестає бути дивним. Через те, як звук проходить крізь вуглекислий газ при низькому тиску, на Марсі відбувається зміна швидкості звуку в чутному діапазоні.

“Для акустичної хвилі з частотою вище ~240 Гц [трохи нижче середнього до на фортепіано], коливальні моди CO2, активовані зіткненнями, не встигають розслабити свою енергію, – пояснює команда в своїй роботі. “Виявляється, що на Марсі частоти вище 240 Гц поширюються більш ніж на 10 м/с швидше, ніж низькі частоти. Це може спричинити унікальний слуховий досвід на Марсі з більш раннім надходженням високочастотних звуків порівняно з низькими”.