دانشمندان یک سیستم صوتی برای ردیابی سرعت باد در مریخ را توسعه داده‌اند!

فرودگر اینسایت (Insight) ناسا که از سال ۲۰۱۸ فعالیت خود را آغاز کرده است، در دسامبر سال ۲۰۲۲ روی مریخ فرود آمد و توانست بیش از ۱۳۱۹ زلزله را ثبت کند. دانشمندان با تحلیل داده‌های ارسالی این لرزش‌ها، مخزنی از آب مایع را در زیر سطح سیاره سرخ کشف کردند.

اکنون، محققانی از کانادا و ایالات متحده یک سیستم بادسنج صوتی جدید ابداع کرده‌اند که برای اندازه‌گیری سرعت باد در مریخ طراحی شده است. این نوآوری به بهبود ابزارهای نجومی برای فضانوردانی که به مریخ سفر خواهند کرد، کمک می‌کند.

این ابزار از یک جفت مبدل پیزوالکتریک نواری بسیار نازک تشکیل شده است که زمان حرکت پالس‌های صوتی در هوای مریخ را تخمین می‌زند.

سیگنال‌های فراصوتی در دو جهت مخالف ارسال می‌شوند

رابرت وایت، دانشیار دانشگاه تافتس و یکی از نویسندگان این مطالعه، در مصاحبه‌ای با Interesting Engineering توضیح داد که این سیستم با ارسال سیگنال‌های فراصوتی در دو جهت مخالف و اندازه‌گیری زمان پرواز یا فاز این سیگنال‌ها، سرعت باد را در مریخ محاسبه می‌کند.

به گفته وی، سرعت صوت را می‌توان از میانگین زمان پرواز یا فاز دو سیگنال دریافت شده استخراج کرد.

مولفه سرعت باد موازی با مسیر آکوستیک را می‌توان از اختلاف زمان پرواز (یا فاز) استخراج کرد.

به عبارتی، اگر باد در همان جهت یکی از سیگنال‌های صوتی حرکت کند، سیگنال سریع‌تر به نظر می‌رسد و بالعکس، سیگنالی که برخلاف باد حرکت می‌کند، کندتر حرکت می‌کند.

این ابزار تفاوت زمان سفر صدا به جلو و عقب را اندازه‌گیری می‌کند و بدین ترتیب امکان اندازه‌گیری دقیق سرعت باد را در سه بعد فراهم می‌سازد. وایت افزود که سیستم صوتی بادسنجی دو مزیت اصلی دارد: اندازه‌گیری سریع و کارایی در سرعت‌ پایین باد.

اندازه‌گیری سرعت باد تا 100 مرتبه در ثانیه

بر اساس آزمایش‌هایی که شرایط مریخ را شبیه‌سازی می‌کنند، کارشناسان تخمین می‌زنند که این دستگاه صوتی قادر است تا 100 سرعت باد در ثانیه را اندازه‌گیری کرده و حتی سرعت‌های کمتر از یک سانتی‌متر بر ثانیه را نیز ثبت کند.

در گذشته، دانشمندان تنها قادر به ثبت سرعت باد تا یک واحد در ثانیه بودند و اندازه‌گیری سرعت‌های کمتر از 50 سانتی‌متر بر ثانیه دشوار بود. وایت اظهار داشت که سیستم‌های دیگری که قبلاً به مریخ ارسال شده بودند، از تکنیک‌های مختلفی مانند استفاده از اتلاف گرما از یک سیم یا قطعات گرم‌شده و تصویربرداری باد با دوربین‌ استفاده می‌کردند.

با اینکه این سیستم‌ها داده‌های خوبی ارائه می‌دادند، اما از نظر سرعت به‌روزرسانی (تقریبا یک اندازه‌گیری در ثانیه) و وضوح (حدود 50 سانتی‌متر بر ثانیه) محدود بودند.

ما معتقدیم که بادسنج صوتی می‌تواند با ضریب 10 در سرعت به‌روزرسانی (10 نمونه در ثانیه) و وضوح (5 سانتی‌متر بر ثانیه) یا حتی بهتر از آن عمل کند.

هدف این سیستم ارائه وضوح بالاتر، اندازه‌گیری‌های سریع‌تر و دقیق‌تر از سرعت باد است که راه را برای دانشمندان حوزه‌ی اتمسفر هموار می‌کند تا دینامیک جو مریخ را بهتر درک کنند.

وایت تاکید کرد که دانشمندان اکنون باید قادر به تشخیص گرداب‌های آشفته که برای اختلاط جو حیاتی هستند باشند . او افزود:

این سیستم همچنین اندازه‌گیری‌های بهتری از باد را برای ماموریت‌های آینده فرود و نیز برای عملیات‌های سطحی ارائه خواهد داد.

اگرچه این ابزار صوتی برای مریخ طراحی شده است، اما در استراتوسفر زمین نیز به خوبی عمل می‌کند. وایت خاطرنشان کرد که این تیم تحقیقاتی در چند سال گذشته سیستم مشابهی را بر روی بالن‌های ارتفاع بالا پرواز داده است تا مستقیماً داده‌های جوی استراتوسفر زمین را جمع‌آوری کند.

این مطالعه در مجله انجمن آکوستیک آمریکا (JASA) منتشر شده است.

منبع: Interesting engineering