毅力號火星車傳回火星聲音,音速比地球上每秒慢100米,怎麼回事

火星是人類迄今為止探索最多的行星,2021年2月19日著陸火星杰澤羅隕石坑的美國毅力號火星車在去年3月中旬就傳回了火星上的聲音,包括火星的風聲和火星車激光燒蝕石頭的聲音。

而據來自美國宇航局官網近日的一篇報道顯示,一個科學研究小組今年3月份又通過毅力號傳回的火星車激光燒蝕石頭的聲音數據(主要是激光照射石頭崩裂的畫面時間和傳回的聲音的時間間隔)計算出了火星表面大氣中的音速(聲速)。

​上圖為毅力號火星車正在用激光照射火星地面的石頭,下圖紅圈中是石頭被激光燒蝕后留下的黑色斑點。

​但是和我們都知道的聲音在空氣中的速度為每秒340米這一常識不同,聲音在火星表面大氣中的傳播速度只有每秒240米,居然比地球上慢了100米左右,或者說只有地球空氣中音速的70%,這是怎麼回事呢?

​音速難道不是一個常量嗎?其實并不是!中學物理課已經告訴我們了,聲音在不同的介質中的傳播速度是完全不一樣的,它在大氣中的傳播速度為每秒340米,在水中的傳播速度為每秒1500米左右,在銅中的傳播速度為每秒3750米左右,在鋼鐵中的傳播速度則高達每秒5200米……

​可見,聲音在不同介質中的傳播速度差別是很大的。不僅如此,聲音在同一種介質中的傳播速度也會隨著密度、溫度、狀態的不同而不同,比如在淡水和海水中的速度就有所不同,在25℃蒸餾水中的聲音傳播速度為每秒1497米,在25℃海水中的傳播速度大致為每秒1530米。

​之所以比淡水中更快,是因為海水鹽份高,使得海水的密度比淡水略大,而且溫度越高,分子相對越活躍,也更容易傳聲,但是如果物質的狀態發生改變,傳播聲音的速度也會發生改變,比如在冰中的傳播速度是每秒3200米左右,遠超在各種水中的傳播速度。

​這說明即便是在同一種介質中,音速也會因為密度的不同而不同,比如在空氣中就是這樣,地球表面音速每秒340米是有條件的,說的一般是在地球表面的一個大氣壓下,空氣溫度大致在12℃時,空氣質量為每立方米1.29千克時的速度,但是在25攝氏度時,空氣中聲音的速度則為每秒346米。

​我們都知道地球的空氣是越往上越稀薄,溫度越冷,也就是越往高空中空氣的密度越低,溫度也越低,那麼聲音的傳播速度也會相應地減低了,在距地表1萬米的高空,大氣壓下降到只有地球表面的1/4,溫度也下降到零下50℃,每立方米空氣的質量只有400多克,所以聲音的速度也下降到了每秒299米左右,比在地表的速度慢了40多米。

​那我們再看火星地表的大氣環境,火星地表的大氣壓只有地球表面大氣壓的0.8%左右,就是還不到一個大氣壓的1%,相當于地球大氣33000米高空中的氣壓,毅力號火星車降落的杰澤羅隕石坑的溫度晝夜溫差很大,但平均溫度應該在零下30℃左右,每立方米空氣的質量大約是20克(主要成分是二氧化碳,占約95%),只有地球表面空氣質量的1/65,聲音在這樣的空氣環境中傳播,速度當然會很低了,大致也就是每秒240米左右。

​可見,火星表面的空氣環境和地球表面是差別很大的,就連聲音的傳播速度都不一樣,沒有人可以在那里像在地球上一樣生存,所以人類要想移民火星,還必須創造類似地球表面這樣的生存條件,以人類目前的能力,數十年后可以登陸火星,也只能在火星上建造小規模的封閉式基地,在其中營造小規模的地球生態環境。

​但即便能那樣做,想在火星上生存也是相當不容易的,因為一切都得從頭開始。在現階段,我們還是安心地在地球上生活,愛護好我們的環境,做好可持續發展吧。


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