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Montag, 25.09.2017
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Kein Lärm auf dem Mars

Simulation gibt Aufschluss über Schallausbreitung auf den Roten Planeten

Wie klingen Geräusche auf dem Mars? Diese Frage hat eine neue Computersimulation der Schallausbreitung auf unserem Nachbarplaneten jetzt beantwortet. Das Ergebnis: Die marsianische Atmosphäre absorbiert Schall stärker, Geräusche tragen daher nicht so weit wie auf der Erde.
Marsatmosphäre

Marsatmosphäre

Der Mars steht seit geraumer Zeit im Mittelpunkt vieler Missionen und Untersuchungen. Eine Frage ist dabei jedoch bisher ungeklärt: Wie stark unterscheidet sich die Schallübertragung auf dem Roten Planeten von den irdischen Bedingungen? Die 1999 gescheiterte NASA-Mission Mars Polar Lander sollte dies klären und hatte dafür ein spezielles Mikrophon an Bord. Doch der Lander verlor den Kontakt zur Erde und ist seitdem verschollen. Jetzt haben die Akustiker Amanda Hanford und Lyle Long von der Pennsylvania State Universität einen anderen Ansatz gewählt und, ausgehend von den physikalischen Gegebenheiten der Marsatmosphäre, detaillierte Computerkalkulationen angestellt.

Entscheidend für die Ausbreitung des Schalls ist die Zusammensetzung der Atmosphäre, des Mediums, in dem sich der Schall bewegt. Die Marsatmosphäre besteht im Gegensatz zur irdischen zu 95,3 Prozent aus Kohlendioxid, den Rest teilen sich Stickstoff (2,7 Prozent) und das Edelgas Argon (1,6 Prozent). Spuren von Wasserdampf und Sauerstoff ergänzen den Mix. Gleichzeitig ist die „Marsluft“ reichlich dünn: Nur 700 Pascal - 0,7 Prozent des atmosphärischen Druck auf der Erde auf Meereshöhe – hat die Marsatmosphäre im Durchschnitt, starke saisonale Schwankungen durch ein Ausfrieren des Kohlendioxids im Winter sowie lokale Schwankungen, die die gewaltigen Staubstürme erzeugen, kommen dazu.

Um die Schallausbreitung unter diesen Bedingungen zu ermitteln, analysierten die Wissenschaftler, wie die Gasmoleküle sich in der marsianischen Atmosphäre bewegen und kollidieren und dabei Energie austauschen. In der so genannten direkten Monte Carlo-Simulation zeigte sich, dass die Kollisionen dabei zwar zufällig, aber in einer statisch konstanten Rate stattfanden. Da unterschiedliche Gase und damit Moleküle in der Atmosphäre präsent sind, brauchte die Berechnung der verschiedenen Kollisions- und Energieaustauschkombinationen viel Rechenkapazität – selbst bei der Simulation nur eine kleinen Atmosphärenausschnitts für jede Schallfrequenz brauchte der 32 Prozessor-Supercomputer „Beowulf“ mehr als 60 Stunden.


Die Ergebnisse zeigen, dass die Marsatmosphäre Schall mehr als 100 Mal stärker absorbiert als die irdische. Ein Geräusch wie beispielsweise das sonntägliche Rasenmähen, dass auf der Erde schlimmstenfalls noch Kilometer hörbar ist, sorgte auf dem Mars gerade einmal ein paar Dutzend Meter weit für Irritationen. Für die Vorbereitung der ersten Astronautenlandung auf dem Mars könnte dies bedeuten, dass alle akustischen Signale besonders laut sein müssten, um noch gehört werden zu können.
(Pennsylvania State University, 14.06.2006 - NPO)
 
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