火星尘魔的声音是如何被人类捕捉到的？

原作者：Georgina Torbet

毅力号火星漫游车在火星上听见了一个尘魔从它的位置呼啸而过。

这些是由漫游者的导航相机（Navcam）拍摄的遇见尘魔的图像。这些图像已经被处理过，色阶的不同显示了灰尘数量的多少，从最低的灰尘含量（蓝色）到最高的灰尘含量（黄色）。

2021年9月27日，一个沙尘暴从火星上的毅力号探测器旁呼啸而过。火星车不仅用它的相机和深L传感器捕捉到了这个沙尘暴，而且还用它的麦克风捕捉到了沙尘暴微弱而阴森的声音，这是第一个在火星上记录声音的同类仪器。

图卢兹大学的纳奥米-默多克（Naomi Murdoch）是关于《自然通讯》上这类研究的主要作者，他对The Verge说："我们相信，麦克风将给我们提供大量关于火星上大气特征的新观察结果，而这是我们以前无法看到的。"而且我们也没有失望！"

几十年来，探测器一直在用照相机、光谱仪和深L传感器探索火星，让我们比以往任何时候都更清楚地了解红色星球上的环境是什么样的。现在，声音也被加入到这个列表中。这些数据的结合使研究人员能够更多地了解这些尘埃现象以及它们对未来机器人和载人任务可能产生的影响。

尘魔的出现是由于火星上常见的大气条件。"你必须在地面和空气之间有一个非常大的温度梯度，"默多克解释说。"因此，地面变得非常温暖，这就加热了空气，然后使空气开始上升。当空气开始上升时，东西开始旋转，这就是你得到这种旋风式运动的时候。"

这个过程在地球上也会发生，但是火星沙尘暴值得注意的是它们可以变得多么大。毅力号最近探测到的沙尘暴有25米宽，118米高（82英尺×387英尺），使它完全处于火星沙尘暴的平均尺寸区域。但是它们也可以长得更大，因为火星上的灰尘可以在巨大的全球沙尘暴中被吹起。

"默多克说："我们现在的一个大问题是，我们不能很好地预测沙尘暴。而这对一切都有影响，从试图让航天器在火星上安全着陆到试图让灰尘远离重要的太阳能电池板以保持机器人任务的进行。目前的数据模型尤其难以预测大型全球沙尘暴，这似乎是因为很难对将灰尘从地球表面抬起的力量进行建模。

研究人员知道，像风切变和沙尘暴这样的力量可以将尘埃抬离表面，但是关于这到底是如何发生的，还有很多问题没有解决。一个特别奇怪的发现是，虽然尘土飞扬现象在毅力号所在的Jezero Crater区域很常见，但在InSight着陆器所在的Elysium Planitia区域却明显罕见，而且不清楚原因。

这就是麦克风的用处。"我们的麦克风对风速特别敏感。因此，当我们看到阵风时，我们看到麦克风上的声音振幅大幅增加，就像你在打电话时，风很大，"默多克解释说。"我们正在利用这种背景噪音来研究风。"

由于毅力号上有如此多的科学仪器需要运行时间，可供麦克风录音的窗口每个都只有几分钟。为了最大限度地提高他们在这些短暂的时间内探测到尘埃恶魔的机会，麦克风团队将这些窗口的工作时间安排在下午，即尘魔最活跃的时候。每个窗口只有几分钟，而他们每个月只有8个窗口。因此，最近的这个尘魔被捕获是一个由精心计划和好运所带来的结果。

这是一个麦克风声压级的频谱图，显示了低频风噪、高频撞击以及760赫兹的漫游器泵谐波。由于来自传声器底部的声音反射，一个大的撞击会在大约6千赫兹处产生声学回声。

除了收集有关风况的数据外，麦克风还探测到小的撞击声：单个尘埃颗粒撞击麦克风周围的区域，并发出可探测的平息声。通过计算这些撞击的次数，研究人员可以看到这些颗粒在沙尘暴中的密度。这是其他仪器无法进行的测量，它可以帮助建立沙尘暴如何从表面提升颗粒的模型。

这项研究只是在行星探索中使用声学数据这一新兴领域的一个早期例子。对于有大气层的行星或月球来说，声学仪器可以以高采样率收集数据，与风传感器等工具相比，可以观察到快速变化的事件，如阵风，而风传感器的工作时间尺度为几秒钟。

默多克说："我们的采样率比你在行星探测器和行星着陆器上发现的所有常规深L传感器高得多。"使用麦克风有点像使用显微镜。我们正在研究在这些非常短的时间尺度上发生了什么。"

还有就是人类对听到另一个星球的声音的迷恋。美国宇航局的 "毅力 "声音播放列表允许任何人体验红色星球的声音，从风的呼啸声到漫游车本身的呼啸声，所有这些都由超级摄像头的麦克风来实现。

"我们的麦克风带宽与人耳带宽完全相同，所以我们听到的声音没有任何调整。它们是你站在另一个星球上会听到的声音，这真是太酷了！"默多克说。

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