宇宙のマイクロフォン: 科学者はなぜ異星の世界の音を聞きたいのか?

NASAの探査車「パーサヴィアランス」は現在火星で活動している。 SuperCam にはマイクが搭載されています。

(画像提供: NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science System)

パーセベランスに搭載されたマイクは科学者やエンジニアにとって非常に重要なものであることが判明しました。これらのマイクは火星の風を拾うことができ、探査車内部のレーザーによって作り出されるスタッカート状のパチパチ音さえも聞くことができる。

同様に、火星探査ヘリコプター「インジェニュイティ」の回転するプロペラの音や、火星探査機「パーセベランス」に搭載された火星酸素現地資源利用実験（MOXIE）のポンプの音もマイクで拾われました。

ジェゼロクレーターにあるパーセベランスに搭載された機器は、貴重なデータを大量に収集しており、他の惑星に向かう探査機にマイクを搭載する時期が来ていることを示唆している。

国際的な取り組み

ティモシー・レイトンは、英国サウサンプトン大学の超音波および水中音響学の教授です。彼は、火星や他の惑星探査機にマイクを設置する国々を強く支持している。

「この研究は、ただ音を聞くだけではない」とレイトン氏はspace.comに語った。なぜなら、そのデータは火星の風、気温、大気の化学、乱気流などについて研究者にあらゆることを伝えることができるからだ。 「音から多くの情報を解釈することができます」とレイトン氏は語った。

ライデン氏は、政策立案者が他の惑星にマイクを送るよう、他の惑星の音に対する一般の関心を高める取り組みを行っている。

ソフトウェアの問題

パーサヴィアランス探査車の内部には金色の金属で包まれた火星酸素現地資源利用実験装置が搭載されており、その音がスーパーカム搭載のマイクで検出された。 (画像提供: NASA/JPL-Caltech)

この目的のため、レイトンは地元のプラネタリウムにサウンドシミュレーションセットを寄贈し、子供たちの関心を引き、科学と工学への興味を喚起することを目標としました。このスイートのソフトウェアは、雷、風、火山の噴火など、プラネタリウムの金星、火星、土星最大の衛星タイタンの探査ビデオに付随する自然音をシミュレートします。このソフトウェアは、スピーカーや聴衆の声を変更して、他の惑星でどのように聞こえるかをシミュレートすることもできます。

「これは音がどのように生成されるかについての科学的根拠も提供する」とレイトン氏は語った。 「しかし、大きな進歩はパーサヴィアランスからもたらされました。それに比べれば、私が行った仕事は取るに足らないものでした。ただ人々の興味を引いただけです。」

聞こえる音

NASAの探査車「パーサヴィアランス」は、2021年2月に火星に着陸した後、赤い惑星から可聴音データを送信した最初の探査車となった。

車輪付きロボットには 2 つのマイクが搭載されています。1 つはローバーの回転マストの上部にある SuperCam マイク、もう 1 つはローバーの固定側にあるマイクです。

スーパーカムのマイクは、風や乱気流の音、探査機のさまざまな機器が作動して発生する音を記録しました。また、これは、火星の二酸化炭素が主成分の薄い大気中で音波がどのように現れるかを、安価にその場で分析できることも意味します。

サウンドシグネチャー

火星で記録された音は、一般的に、大気の活動（風や乱気流など）、スーパーカムに搭載されたレーザー誘起ブレークダウン分光法（LIBS）装置によって生成された衝撃波、車輪を回転させるモーターの音など、探査車自体の装置によって生成された音の 3 つの原因によって生成されます。

例えば、MIT ヘイスタック天文台のマイケル・ヘクト氏によると、MOXIE のスーパーカム マイクで録音されたほぼすべての音声を聞くことができるそうです。

「このマイクが探査機の非常に高い位置にあるのは、他の機器が録音に干渉する可能性を最小限に抑えるためです」とヘクト氏はspace.comに語った。

もう一つの人工音は、インジェニュイティ火星ヘリコプターの高速回転するプロペラから発せられる音です。インジェニュイティのテスト飛行のいくつかは、録音できるほどマイクに近かった。

忍耐プレイリスト

現在、火星の音を何時間も収録したパーサヴィアランス プレイリストが存在します。ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所の研究者ラルフ・ローレンツ氏とロスアラモス国立研究所宇宙惑星探査グループのバティスト・キダー氏はこう語った。

最近の音響学会の会合で研究者らが報告したところによると、火星の音の中で最も目立つのは、火星探査ヘリコプター「インジェニュイティ」のプロペラの音だという。

関連論文の中で、ロレンツ氏はヘリコプターからデータを収集することは火星の大気を理解する上で重要であると述べた。さらに、これらの音の測定はヘリコプターの飛行状態を診断するための重要なツールであり、将来の火星サンプル採取ミッションにとって非常に重要な意味を持つ可能性があります。

ロレンツ氏と彼の同僚はまた、NASAのドラゴンフライ計画のタイタン探査機には、ローターやモーターの動作を測定できる1つ以上のマイクが搭載され、タイタンのさまざまな音を拾う可能性があると指摘している。

インジェニュイティ火星ヘリコプターの試験飛行は、貴重な工学および科学データを提供できるパーセベランスのマイクによって検出されました。 (画像クレジット: Ralph Lorenz et al. (NASA/JPL-Caltech、アリゾナ大学/HiRISE)

ストレスの兆候

木星の氷の衛星エウロパは、活発な氷火山に満ちた静かな衛星であると科学者らは考えていた。 (画像提供: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS; 画像処理: Kevin M. Gill CC BY 3.0)

マイクなどの音響機器を搭載し、正しく設計する他の天体への将来のミッションを計画するには、それらの世界で生成される音響信号を予測することが非常に役立つだろうとレイトン氏は述べた。これらの予測は、1 つのマイクのシステムを 3 つのマイクのシステムに変更する必要があることを示唆している可能性があると彼は述べた。

金星での雷の発生率は地球の半分程度だと考えられています。レイトン氏は、雷も音響特性を生み出す可能性があり、火星の砂嵐も圧力特性を生み出す可能性があると述べた。

さらに、トリトン、イオ、エウロパ、さらにエンケラドゥスとタイタンにも氷火山が存在する可能性があるという証拠があるとレイトン氏は指摘した。

最後に：宇宙空間も音が伝わるのに最適な場所であることがわかりました。

著者: レナード・デイビッド

FY: チェン・リー

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