因此,在幾乎沒有物質的真空中,一般很難談論聲音的傳播。對於在這種情況下存在的生命形式,最好的麥克風或藍牙揚聲器等組合是沒有意義的。即使考慮到即使在太空中也沒有完美的空隙,因為我們有行星際或星際物質,它的密度通常非常小,以至於聲音傳播是不可能的。
地球上的聲速主要取決於……
我們從這樣的定義中得出的合乎邏輯的結論是,聲速可能與介質的密度及其其他屬性有關。在地球上,空氣中的聲速,當涉及到低強度聲音時(我們處理的幾乎所有情況都是這種情況),不取決於振盪頻率。這就是為什麼包含不同頻率的聲音作為一個整體同時到達聽眾的原因(我忽略了障礙物的影響和模擬聲音的可能反射)。相反,聲速取決於空氣的溫度。
標準接受的聲速是 340 m/s,即聲音在 15 度時達到的速度。在炎熱的天氣裡,聲音的傳播速度要快一些,而在寒冷的天氣裡,聲音的傳播速度要慢得多。在 -40 攝氏度時,它已經是 306 m/s,在 40 攝氏度時,它是 355 m/s。
當然,我們只是在談論空氣,因為例如在木材、金屬、鑽石中,速度是不同的。在金剛石中,它高達 18 公里/秒,而在僅由二氧化碳組成的大氣中,它只有 259 米/秒。
火星及其表面的聲源
說到二氧化碳,值得回到這個火星,那裡的大氣現在大部分都充滿了這種氣體。二氧化碳構成了火星大氣的 95%。它通常也比地球冷得多,也許最重要的是,與地球上的大氣密度相比,大氣的密度幾乎可以忽略不計。即使在珠穆朗瑪峰的頂部,空氣的密度也比火星上的平均空氣密度高 50 倍,毅力號火星車在那裡進行了測量聲速的實驗。
幾個不同的聲源用於測試。例如,Ingenuity 直升機的旋翼以 2500 rpm 的速度旋轉,發出頻率為 84 Hz 的聲音,而 SuperCam 激光發射後岩石碎片蒸發產生的聲波頻率為 2000 Hz。這些聲源距離火星車有足夠的距離,不像火星車的輪子,在火星表面滾動時也會發出噪音。聲音由 Perseverance 麥克風記錄。
火星上的聲音有不同的速度,它取決於頻率
基於這些測量,可以確定火星大氣中的聲速。正如人們所預料的那樣,這種速度類似於完全由二氧化碳組成的介質,但有趣的是,它取決於聲音的頻率。
火星上的聲速取決於頻率,頻率越高,聲速越高。
因此,低音以 240 m/s 的速度傳播,而高音以 250 m/s 的速度傳播。可能甚至更高頻率的振動,而毅力未能記錄到,傳播得更快。現在想像一下在火星上演奏的由不同頻率或幾種不同音高的樂器組成的樂器的聲音。我們的耳朵會聽到什麼?我們忽略了人類在沒有太空服或空氣密度與地球相似的房間的情況下在火星表面運作的困難。
毅力號火星車上的兩個麥克風
據科學家稱,上述依賴性是非常稀薄、寒冷且主要是二氧化碳的大氣的結果。這一切以前都是理論上的猜想,但現在即使是批評家也不會否認,因為我們有真實的測量。
整個事情當然沒有那麼簡單,因為在地球上聽音樂的時候,環境中的障礙物造成的干擾也起到了重要作用,這也讓聲音相對於自然發生了變化。在火星上,變速將是一個額外的問題。
火星人的沉默是一個今天可以被視為不言而喻的術語。
火星上的環境還有另一個特點。雖然聲音可以在那里傳播,但衰減非常快。在 8 米之後已經可以明顯消音,在最高頻率的情況下,可以完全消音。這是地球上距離的 8 倍。出於這個原因,科學家們認為火星大部分時間都非常安靜。太安靜了,任務控制中心感覺到火星車的麥克風壞了,無法工作。
火星大氣中的低壓導致火星上的聲音很快被淹沒。
條件可能類似於消聲室中的情況,理論上這是發燒友的理想聆聽位置(實際上,房間的性質可以產生有益的影響,這樣的房間並不總是舒適)。以及對我們的肺部致命的大氣成分。
資料來源:美國國家航空航天局,inf。自己的
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