Звук науки: Чому аудіо – наступний рубіж у дослідженні Марса

Ви бачили фотографії Марса з поверхні: Червоний пил, гострі гори, пустельні скельні утворення. Відтоді, як на Червоній планеті з’явилися марсоходи, відколи “Вікінг-1” ступив на марсіанський ґрунт у 1970-х роках, нас зачаровують образи цього чужого світу.

• Сила звуку
• Виклик запису звуків на Марсі
• Як мікрофон розповідає про структуру гірських порід
• Маленький мікрофон, який може
• Різні режими дослідження
• Майбутнє аудіо на Марсі Показати ще 1 товар

Але тепер у нас з’явився новий спосіб пізнати Марс, перебуваючи на Землі, – це слухати його. З моменту свого прибуття на Марс у лютому 2021 року марсохід НАСА Perseverance записував звуки своєї роботи, а минулого місяця він вперше зміг записати аудіо вертольота Ingenuity в польоті.

Суперкамера марсохода Perseverance записала вітер на Марсі від NASA

Ці аудіозаписи – не просто цікавий спосіб уявити себе на іншій планеті, вони можуть розповісти нам не лише про обладнання марсохода та його роботу, але й про сам Марс.

• Останній штрих: як вчені наділяють роботів тактильними відчуттями, подібними до людських
• Як 5G змінює журналістику
• Чому так мало людей насправді користуються 5G у США? Ось що кажуть експерти

Щоб дізнатися про те, як і навіщо записували аудіо з іншої планети, ми поспілкувалися з двома експертами, які курирували цей процес: Роджером Вінсом (Roger Wiens), головним дослідником SuperCam, інструменту дистанційного зондування для аналізу складу гірських порід, який знаходиться на верхівці щогли Perseverance, та Девідом Мімуном (David Mimoun), науковим керівником марсіанського мікрофону SuperCam.

Сила звуку

За словами Мімуна, вже давно існує інтерес до запису звуків з Марса, з метою залучення громадськості до планетарної науки. Це тому, що вчені були “дуже добре обізнані про силу звуку на людський розум”, і вони знали, що допомогти людям почути звуковий пейзаж з іншої планети буде особливим досвідом.

Але переконати операторів місії, Лабораторію реактивного руху НАСА, включити мікрофон на марсохід було нелегко. Це тому, що кожен грам ваги є цінним, коли ви запускаєте щось у космос, і конструктори марсохода хотіли включити тільки те обладнання, яке з великою ймовірністю буде працювати і виробляти корисні наукові дані.

І найбільша проблема полягала в тому, що більшість людей вважали, що запис звуку на Марсі просто не спрацює через марсіанську атмосферу.

Виклик запису звуків на Марсі

Мало того, що марсіанська атмосфера дуже розріджена (близько 1% від густини атмосфери на Землі, що робить її погано пропускаючою звукові хвилі), так ще й її склад

Коли команда SuperCam розробляла інструмент, існувала лише невелика кількість наукових робіт, які передбачали, як може відбуватися поширення звуку на Марсі, і вони не були оптимістичними щодо того, як далеко можуть поширюватися звукові хвилі. Виходячи з цих теорій, здавалося малоймовірним, що мікрофон SuperCam зможе вловити звук Ingenuity в польоті.

“Прогнози були досить похмурими, – сказав Вінс.

І звичайно, потрібен спеціальний мікрофон, який може витримувати екстремальні перепади температури, використовуючи при цьому мінімальну потужність. Він повинен бути зовні марсохода, щоб чути звуки Марса, а не всередині, де затишно і тепло. Він має крихітну штангу, яка виступає з корпусу марсохода, щоб вловлювати більше звуків, але навіть при цьому ніхто не був впевнений, що він зможе вловлювати звуки з відстані 80 метрів – саме такою була відстань між марсоходом і гелікоптером Ingenuity, коли робився запис.

Як мікрофон розповідає про структуру гірських порід

Як мікрофон розповідає про структуру гірських порід

Все тому, що аналіз гірських порід на іншій планеті – справа складна. Один із способів, яким прилад SuperCam марсохода Perseverance аналізує зразки гірських порід, – це метод лазерно-індукованої спектроскопії пробою, в якому потужний лазер вистрілює в гірську породу, щоб перетворити її на плазму. Світло, яке випромінює ця плазма, може сказати вам, з чого зроблена ця порода.

Але коли ви підриваєте камінь, ви неминуче руйнуєте його структуру, а це означає, що ви втрачаєте якусь важливу інформацію. Це тому, сказав Мімун, що “ви можете мати гірські породи з однаковим складом, але з різною структурою, яка відрізняється”.

Наприклад, існують типи глин, які називаються філосилікати, які можуть мати схожий склад з базальтами, але іншу структуру – тому що один тип піддавався впливу води, а інший – ні. Мімун зазначив, що “SuperCam здатна визначити, чи це базальтова порода, але, використовуючи лише лазерне світло, вона не в змозі сказати, чи бачила вона воду”.

Тут на допомогу приходить мікрофон. Мікрофон SuperCam був розроблений для прослуховування звуку удару лазера по камінню, який може розповісти інформацію про зразок, наприклад, про твердість породи і про те, чи зазнала її поверхня вивітрювання. З цього можна дізнатися про структуру породи, а також її склад.

Маленький мікрофон, який може

Маленький мікрофон, який може

Команда базувала свою теоретичну роботу на двох дослідженнях, обидва з яких передбачали, що на відстані 80 метрів вони навряд чи взагалі щось почують. Але це не так. Мікрофон вловив чіткі звуки вертольота в польоті, чутні поверх шуму марсіанського вітру:

Listen to NASA’s Ingenuity Mars Helicopter in Flight by NASA

“Виявляється, обидві ці теорії були помилковими, на нашу користь”, – сказав Вінс. “Тому ми були дуже раді цьому. Це дійсно означає, що існує багато хороших акустичних теорій, які перевіряються і доводяться і випробовуються цими вимірюваннями. Це єдиний випадок, коли ми матимемо на Марсі дискретне джерело звуку, яке знаходиться на такій відстані від марсохода”.

Ідея полягала в тому, щоб використовувати Ingenuity як своєрідний маяк. Він випромінював звуки з відомої відстані, тому, записавши аудіо, дослідники могли бачити, як звук поширювався з цього місця до марсохода. “Це дійсно може розповісти нам набагато більше про те, як працює акустика на інших планетах, особливо на Марсі, – сказав Вінс.

І звук дає вам багато корисних даних, які ви не отримаєте інакше, особливо про частотний спектр. За допомогою запису Ingenuity дослідники змогли визначити швидкість обертання лопатей і побачити, як ця частота знижується, коли гелікоптер спускається до землі. “Ви насправді не можете зафіксувати обертання лопатей навіть за допомогою високошвидкісних камер, які ми маємо на марсоході”, – сказав Вінс. “Тому ми могли б розповісти їм більше про їхні лопаті, ніж вони могли б побачити за допомогою камери, використовуючи аудіозапис”.

Крім того, можна багато чого дізнатися про марсіанську атмосферу, слухаючи – що представляє особливий інтерес для Мімуна, який працює в галузі атмосферних наук. “Це дає багато інформації про турбулентність, про атмосферу, про швидкість звуку. Ви можете виміряти швидкість вітру на дуже високій частоті, чого не може зробити звичайний датчик”, – сказав він. “Так що це дуже багато додає”.

Різні режими розвідки

Той факт, що поширення звуку на Марсі більш сприятливе, ніж ми думали, відкриває всілякі можливості для майбутніх досліджень. Коли вони стріляли по скелі, група Вінса помітила відлуння в даних, і зрозуміла, що вони могли б використовувати звук, щоб зробити сонар на Марсі. Подібно до кажанів, майбутні марсоходи могли б орієнтуватися в темряві за допомогою звуку.

Різні режими дослідження

Як люди, ми, як правило, дуже зосереджені на візуальній інформації, але ми зможемо дослідити більше областей Марса і за його межами, якщо будемо враховувати інформацію, яку можна отримати і за допомогою інших органів чуття. “Ми, як люди, зосереджуємося на певних органах чуття, але якщо ви подивитеся на інших тварин, вони оптимізували ці інші органи чуття так, як ми цього не зробили”, – сказав Вінс. “І ми можемо подумати про це для того, щоб

“Виявляється, ми насправді отримуємо записи різних частин марсохода Perseverance”, – сказав Вінс. “Це включає в себе обертання турбонасоса на приладі MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment – Експеримент з використання кисню на Марсі), а також механізми в стереокамерах Mastcam-Z, такі як зум і фокус об’єктивів і колеса фільтрів, які дають різні фільтри. Ми можемо слухати все це”.

Прослуховування всього цього обладнання може забезпечити базовий рівень того, як звучить марсохід, коли він здоровий. Якщо в майбутньому щось піде не так, фахівці зможуть порівняти нові звуки з цією базовою лінією і, сподіваємось, з’ясувати, в чому проблема.

Наприклад, аудіозаписи інструменту MOXIE, який є експериментом зі створення кисню з атмосфери планети, можуть виступати в якості системи раннього виявлення потенційних проблем. “Тепер ви можете почути, як на Марсі виробляють кисень!” – пожартував Майкл Хехт, головний дослідник MOXIE. “Здебільшого ми чуємо звук компресора, який всмоктує повітря, і це те, що ми шукали. Тому що якщо у вас виникнуть проблеми з насосом або компресором, ви дізнаєтесь про це в першу чергу, тому що це звучить смішно, чи не так? Не треба бути ракетним вченим, щоб це зрозуміти. Тож ми хочемо це почути”.

Майбутнє марсіанського аудіо

Одна з чудових речей у зборі аудіоінформації полягає в тому, наскільки відносно дешево і легко можна додати мікрофон до місії. Він може бути цінним джерелом даних, і якщо він не спрацює, це не завдасть великих витрат або збитків.

Дослідники, з якими ми розмовляли, погодилися, що додавання крихітного мікрофона до місії може принести велику наукову користь, і Мімун передбачив, що більшість майбутніх планетарних місій, і майже напевно всі майбутні місії на Марс, матимуть мікрофон на борту: “Тепер, коли люди переконалися, що це працює, і працює досить добре, варто прийняти ці кілька додаткових грамів. Я б поставив пляшку хорошого шампанського на те, що будь-яка марсіанська місія зараз візьме мікрофон. Я думаю, що це відкриває нове вікно”.

Крім того, важливою є взаємодія з громадськістю – коли чуєш звуки місця, воно здається набагато реальнішим і ближчим, і це ключовий спосіб змусити людей відчути себе причетними до дослідження Марса. Звук може бути для цього нічим іншим.

“Це те, що зацікавлює і наближає людей до того, що ми робимо”, – сказав Мімун. “Коли ми почули найперші звуки, нам здалося, що Марс став ближче”.

Рекомендації редакції

Наступне велике відкриття в науці вже у вас в кишені

Аналоговий штучний інтелект? Звучить божевільно, але це може бути майбутнє

Цей дикий новий дисплей розміщує гігантський 120-дюймовий віртуальний монітор на вашому столі

• Три речі, які потрібні Microsoft Surface Duo 2 для успіху
• Безпілотник Anafi Ai від Parrot з 4G-зв’язком – це небесна машина Google Maps
• Марсохід NASA Perseverance використовував свою двокамерну камеру Mastcam-Z, щоб зробити цей знімок “Санта-Крус
• місячні лавові трубки на Місяці
• Ілюстрація марсохода NASA Perseverance, який має здійснити посадку на Марс у лютому 2021 року.

Source: digitaltrends.com