Vitesse variable du son sur Mars : quels sons capturés par le rover Perseverance de la NASA révèlent à propos de la planète rouge
Mars a deux vitesses de son
Écoutez attentivement les sons de Mars, enregistrés par Perseverance de la NASA : le gémissement mécanique du rover et le clic dans un léger vent martien ; le vrombissement des rotors sur Ingenuity, l’hélicoptère de Mars ; le coup de crépitement d’un laser qui zappe la roche.
C’est exactement ce qu’a fait une équipe internationale de scientifiques en réalisant la première analyse de l’acoustique de la planète rouge. Leur nouvelle étude révèle à quelle vitesse le son se déplace à travers l’atmosphère extrêmement mince, principalement du dioxyde de carbone, comment Mars pourrait sonner aux oreilles humaines et comment les scientifiques peuvent utiliser des enregistrements audio pour sonder les changements subtils de pression atmosphérique sur un autre monde – et pour évaluer la santé de le rover.
L’ensemble des sons de cette vidéo capturée sur Mars par le rover Perseverance de la NASA comprend un outil de dépoussiérage pour l’analyse des roches, l’hélicoptère Ingenuity Mars et l’impact d’un laser sur les roches. Une nouvelle étude de certains de ces sons, capturés principalement par le microphone SuperCam du rover au cours des 216 premiers jours martiens de la mission, révèle en quoi le son diffère sur Mars, notamment en voyageant plus lentement que sur Terre. Crédit : NASA/ JPL – Caltech
« C’est un nouveau sens de l’investigation que nous n’avons jamais utilisé auparavant sur Mars », a déclaré Sylvestre Maurice, astrophysicien à l’Université de Toulouse en France et auteur principal de l’étude. « Je m’attends à de nombreuses découvertes à venir, utilisant l’atmosphère comme source de son et moyen de propagation. »
La plupart des sons de l’étude, publiée le 1er avril 2022 dans la revue Nature, ont été enregistrés à l’aide du microphone de la SuperCam de Persévérance, montée sur la tête du mât du rover. L’étude fait également référence à des sons enregistrés par un autre microphone monté sur le châssis du rover. Ce deuxième microphone a récemment enregistré les bouffées et les pings de l’outil de dépoussiérage gazeux du rover, ou gDRT, qui souffle les copeaux des roches que le rover a grattées pour les examiner.
Le résultat des enregistrements : une nouvelle compréhension des caractéristiques étranges de l’atmosphère martienne, où la vitesse du son est plus lente que sur Terre – et varie avec la hauteur (ou la fréquence). Sur Terre, les sons voyagent généralement à 767 mph (343 mètres par seconde). Mais sur Mars, les sons graves se déplacent à environ 537 mph (240 mètres par seconde), tandis que les sons plus aigus se déplacent à 559 mph (250 mètres par seconde).
Les vitesses sonores variables sur la planète rouge sont un effet de l’atmosphère mince et froide de dioxyde de carbone. Avant la mission, les scientifiques s’attendaient à ce que l’atmosphère de Mars influence la vitesse du son, mais le phénomène n’avait jamais été observé avant la réalisation de ces enregistrements. Autre effet de cette atmosphère ténue : les sons ne portent que sur une courte distance, et les sons plus aigus ne portent presque pas du tout. Sur Terre, le son peut chuter après environ 213 pieds (65 mètres) ; sur Mars, il faiblit à seulement 26 pieds (8 mètres), les sons aigus étant complètement perdus à cette distance.
Les enregistrements du microphone de SuperCam révèlent également des variations de pression jusque-là inobservées produites par la turbulence dans l’atmosphère martienne alors que son énergie change à des échelles minuscules. Des rafales de vent martiennes à des échelles de temps très courtes ont également été mesurées pour la première fois.
L’une des caractéristiques les plus frappantes des enregistrements sonores, a déclaré Maurice, est le silence qui semble régner sur Mars. « À un moment donné, nous avons pensé que le microphone était cassé, il était si silencieux », a-t-il ajouté.
Cela aussi est une conséquence du fait que Mars a une atmosphère si mince.
« Mars est très calme à cause de la basse pression atmosphérique », a déclaré Baptiste Chide du Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique, également co-auteur de l’étude. « Mais la pression change avec les saisons sur Mars. »
Cela signifie que, dans les mois d’automne martiens à venir, Mars pourrait devenir plus bruyante – et fournir encore plus d’informations sur son air et sa météo d’un autre monde.
« Nous entrons dans une saison à haute pression », a déclaré Chide. « Peut-être que l’environnement acoustique sur Mars sera moins silencieux qu’il ne l’était lorsque nous avons atterri. »
Les sons de la mission
En revanche, lorsque le laser de SuperCam, qui vaporise des morceaux de roche à distance pour étudier leur composition, frappe une cible, il produit des étincelles qui créent un bruit aigu supérieur à 2 kilohertz.
L’étude des sons enregistrés par les microphones du rover révèle non seulement les détails de l’atmosphère martienne, mais aide également les scientifiques et les ingénieurs à évaluer la santé et le fonctionnement des nombreux systèmes du rover, tout comme on pourrait remarquer un bruit troublant lors de la conduite d’une voiture.
Pendant ce temps, l’instrument clé de l’étude, le microphone de SuperCam, continue de dépasser les attentes.
« Le microphone est maintenant utilisé plusieurs fois par jour et fonctionne extrêmement bien ; ses performances globales sont meilleures que celles que nous avions modélisées et même testées dans un environnement de type Mars sur Terre », déclare David Mimoun, professeur à l’Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE-SUPAERO) et responsable de l’équipe qui a développé l’expérience du microphone. « Nous pourrions même enregistrer le bourdonnement de l’hélicoptère de Mars à longue distance. »
Il y a deux vitesses de son sur MarsIls se sont particulièrement intéressés aux ondes de choc générées par le robot, mais aussi au bruit de son laser sur les rochers. Ils montrent ainsi que la vitesse du son est plus faible sur Mars que sur Terre, autour de 860 km/h contre un peu plus de 1200 km/h ici. Mais le plus surprenant est qu’il existe en fait deux vitesses de son sur Mars : une pour les aigus et une pour les graves. De plus, l’atténuation sonore y est plus forte, notamment les aigus qui peuvent se perdre très rapidement, même à courte distance, contrairement aux graves. Cela signifie, par exemple, qu’il serait très difficile pour deux personnes distantes de seulement quelques mètres de s’entendre.
A noter que tous ces sons ont été enregistrés à l’aide d’un microphone développé en France, à Toulouse. Dans le futur, d’autres robots équipés de ce type de microphone pourraient améliorer la compréhension des atmosphères planétaires, sur Mars et ailleurs.
Le premier son enregistré sur Mars révèle deux vitesses de son
Les premiers enregistrements audio sur Mars révèlent une planète calme avec des rafales de vent occasionnelles où deux vitesses de son différentes auraient un étrange effet retardé sur l’audition, ont déclaré vendredi des scientifiques. Après l’atterrissage du rover Perseverance de la NASA sur Mars en février de l’année dernière, ses deux microphones ont commencé à enregistrer, permettant aux scientifiques d’entendre pour la première fois à quoi cela ressemble sur la planète rouge.
L’équipe internationale a écouté les vols du minuscule hélicoptère Ingenuity, un appareil jumeau de Persévérance, et a entendu le laser du rover zapper des roches pour étudier leur composition chimique – ce qui a fait un « clac clac », a déclaré Maurice à l’AFP. « Nous avions une source sonore très localisée, entre deux et cinq mètres (six à 16 pieds) de sa cible, et nous savions exactement quand elle allait tirer », a-t-il déclaré.
Écoutez à quoi ressembleraient les sons familiers de la Terre sur Mars
L’étude a confirmé pour la première fois que la vitesse du son est plus lente sur Mars, se déplaçant à 240 mètres par seconde, par rapport aux 340 mètres par seconde de la Terre. Cela était prévu car l’atmosphère de Mars est composée à 95% de dioxyde de carbone – contre 0,04% pour la Terre – et est environ 100 fois plus fine, ce qui rend le son plus faible de 20 décibels, selon l’étude.
Mais les scientifiques ont été surpris lorsque le son émis par le laser a parcouru 250 mètres par seconde, soit 10 mètres plus vite que prévu. «J’ai paniqué», a déclaré Maurice. « Je me suis dit qu’une des deux mesures était fausse car sur Terre vous n’avez qu’une seule vitesse du son. » Ils avaient découvert qu’il y avait deux vitesses de son à la surface de Mars : une pour les sons aigus comme le zap du laser, et une autre pour les basses fréquences comme le vrombissement du rotor de l’hélicoptère.
Cela signifie que les oreilles humaines entendraient les sons aigus un peu plus tôt. «Sur Terre, les sons d’un orchestre vous parviennent à la même vitesse, qu’ils soient graves ou aigus. Mais imaginez sur Mars, si vous êtes un peu loin de la scène, il y aura un gros retard», a déclaré Maurice. «Tous ces facteurs rendraient difficile pour deux personnes d’avoir une conversation à seulement cinq mètres (16 pieds) l’un de l’autre», a déclaré l’institut de recherche français du CNRS dans un communiqué.
Le « pari scientifique » est payant
C’était par ailleurs si calme sur Mars que les scientifiques craignaient à plusieurs reprises que quelque chose n’allait pas, a déclaré le CNRS, provoquant peut-être des souvenirs de deux tentatives précédentes infructueuses en 1999 et 2008 pour y enregistrer du son.
« Il existe peu de sources sonores naturelles à l’exception du vent », ont déclaré les scientifiques dans un communiqué lié à l’étude.
Les microphones ont capté de nombreux sons de « cris » et de « cliquetis » lorsque les roues métalliques du rover interagissaient avec les rochers, selon l’étude.
L’enregistrement pourrait également avertir de problèmes avec le rover, comme la façon dont les conducteurs sentent que quelque chose ne va pas lorsque leur voiture commence à faire des bruits étranges.
Maurice a déclaré qu’il estimait que le « pari scientifique » d’emmener des microphones sur Mars était un succès.
Thierry Fouchet de l’Observatoire de Paris, également impliqué dans la recherche, a déclaré que l’écoute des turbulences, telles que les vents verticaux appelés panaches de convection, « nous permettra d’affiner nos modèles numériques de prévision du climat et du temps ».
Les futures missions vers Vénus ou Titan, la lune de Saturne, pourraient également être équipées de microphones.
Et Persévérance est loin d’avoir fini d’écouter. Alors que sa mission principale dure un peu plus de deux ans, il pourrait rester opérationnel bien au-delà – le rover Curiosity est toujours en train de lancer neuf ans dans un relais prévu de deux ans.
Mars a deux vitesses de son
Sa vitesse dépend si le son est aigu ou grave. Sur Mars, la vitesse du son dépend de sa hauteur.
Tous les sons se propagent plus lentement dans l’air de Mars que dans celui de la Terre. Mais les claquements plus aigus d’un laser zappant des roches se déplacent légèrement plus rapidement dans la fine atmosphère martienne que le bourdonnement plus grave de l’hélicoptère Ingenuity, rapportent des chercheurs le 1er avril dans Nature . Ces mesures de la vitesse du son du rover Perseverance de la NASA font partie d’un effort plus large pour surveiller les changements minute par minute de la pression atmosphérique et de la température, comme lors des rafales de vent, sur la planète rouge.
« Le vent est le son de la science pour nous », déclare l’astrophysicien Baptiste Chide du Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique.
Pour écouter le vent, Persévérance porte deux microphones. L’un était destiné à enregistrer l’audio pendant l’ entrée, la descente et l’atterrissage complexes de la mission , et bien qu’il n’ait pas fonctionné comme espéré, il est maintenant allumé occasionnellement pour écouter les signes vitaux du rover ( SN : 22/02/21 ; SN : 2 /17/21 ). L’autre microphone fait partie de l’instrument SuperCam du rover, un méli-mélo monté sur mât de caméras et d’autres capteurs utilisés pour comprendre les propriétés des matériaux à la surface de la planète.
Mais ces microphones captent également d’autres sons, tels que ceux émis par le rover lui-même lorsque ses roues écrasent la surface, et par le compagnon volant de Persévérance, l’hélicoptère robotique Ingenuity. L’instrument SuperCam, par exemple, dispose d’un laser, que Persévérance tire sur des roches intéressantes pour une analyse plus approfondie ( SN : 28/07/20 ). Le microphone de SuperCam capture les sons de ces tirs laser, ce qui aide les chercheurs à connaître la dureté du matériau cible, explique la planétologue Naomi Murdoch de l’Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace à Toulouse, en France.Murdoch, Chide et leurs collègues ont écouté le clac-clac du laser en zappant des rochers. (« Ça ne fait pas, vraiment, ‘pew pew' », dit Murdoch). Lorsque le laser atteint une cible, cette explosion crée une onde sonore. Parce que les scientifiques savent quand le laser se déclenche et à quelle distance se trouve une cible, ils peuvent mesurer la vitesse à laquelle cette onde sonore se déplace dans l’air vers le microphone SuperCam.
https://phys.org/news/2022-04-audio-mars-reveals.html
https://time.news/the-perseverance-robot-discovers-that-there-are-two-speeds-of-sound-on-mars/
https://www.archyde.com/nasa-discovers-that-there-are-two-speeds-of-sound-on-the-planet-mars/