如果去火星会听到什么？

● 润语 编

如果你能去火星表面，会听到什么？虽然有八次火星任务从这颗红色星球表面传回了令人惊叹的火星景色照片，但是没有一次传回任何火星声音。现在，这种情况即将改变：美国航空航天局（NASA）毅力号火星车负责搜寻火星远古生命的迹象，采集并保存几十个火星样本，而且火星车上安装着两个麦克风。

一个麦克风将会听到毅力号火星车穿过火星大气层降落时的声音，另一个麦克风将会记录下火星车在杰零陨石坑进行科学工作时的声音，杰零陨石坑是一个古老的河流三角洲，那里的生命可能曾经繁荣昌盛。如果一切顺利，毅力号的麦克风将实现行星协会联合创始人卡尔·萨根的愿望，他在1996年给美国国家航空航天局写了一封信，催促其向火星发送麦克风。

萨根写道：即使第一次实验只记录了几分钟的火星声音，公众的兴趣也会很高，而且真正进行科学探索的机会也很大。在毅力号之前，至少有三次火星任务在设计中都安装了麦克风。第一个于1999年乘坐美国国家航空航天局火星极地着陆器飞往火星，由行星协会赞助，并成为第一个众筹资金飞往另一个星球的科学仪器。极地着陆器在表面坠毁，但更多的尝试将随之而来。然而到目前为止，还没有成功。

行星协会首席科学家布鲁斯·贝茨说：“长期以来，来自火星的声音一直令公众着迷，因此，行星协会一直欣然接受并追逐着这一声音。这可以追溯到我们早期向公众推广空间科学的想法，所以这个以一种全新方式让我们的感官与另一个世界接触的概念，是行星协会一直相信的，现在我们希望它能真正地实现。”

毅力号的麦克风

毅力号的两个麦克风中，一个是入口、下降和着陆（EDL）系统的一部分。来自该麦克风的音频将与EDL摄像机拍摄的全色视频配对，这将让观众第一次体验登陆火星的样子和声音。第二个麦克风包括在火星车的“超级摄像头”科学仪器中，这是好奇号火星车激光加热“化学摄像头”的新一代版本。像它的前身一样，超级摄像头使用红外激光束来加热和蒸发岩石和火星土壤。然后，一台特殊相机可以确定蒸发材料的化学成分，并检测任何有机化合物的存在，即我们所知构成生命蛋白质的各种碳基化合物。

当超级摄像头激光加热一块岩石时，由此产生的爆裂声将为科学家提供关于岩石成分的线索。太空硬件公司HeliSpace的首席执行官兼联合创始人格雷格·德罗里表示：它能够记录火星车正在工作的声音。德罗里是超级摄像头麦克风团队的顾问，并帮助设计了行星协会最初的火星麦克风。火星麦克风能听到桅杆是如何转动的，轮子是如何转动的，或者听到其他仪器是如何发出声音的，是一种重要的工程诊断工具。

也许麦克风最令人期待的功能是：它还将记录火星本身的声音。那么我们会听到火星风的咆哮吗？火星风暴会像地球上一样产生雷声吗？上世纪90年代中期，加州大学伯克利分校行星科学家珍妮特·卢曼提出了火星麦克风的想法：“我参与火星科学和火星任务规划已经有几年了，我变得很好奇，为什么没有人把声音作为我们寻求用机器人实现感知的一部分？”

历史上第一个火星麦克风

卢曼和加州大学伯克利分校空间科学实验室的几位科学家同事开始探索这个想法，使用像助听器麦克风这样的现成部件，并在美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的火星风洞里，在类似火星的条件下测试了这个想法。结果很有希望，伯克利的科学家们开始认为，美国国家航空航天局可能愿意让麦克风飞到火星上，作为一种搭乘仪器，卢曼与行星协会就赞助火星麦克风一事进行了接洽，并认识到了这样一种工具的公共利益价值。

但是，当向美国国家航空航天局火星极地着陆器任务的科学顾问委员会提出这一想法时，一切都落空了。委员会认为这没有任何科学价值。行星协会联合创始人之一、航天工程师路易斯·弗里德曼回忆说：“这让人想起了行星任务的早期，第一艘先驱者号和水手号飞船上没有配备相机，因为当时的成像技术只是一种特技，科技含量不高。现在很难想象这一点，但当时的咨询委员会认为在火星上听到声音也只是一种特技。

好奇号火星车

大约在同一时间，美国国家航空航天局局长丹·戈尔丁发起一项倡议，该倡议促进了印尼RKA公司和美国国家航空航天局在未来火星任务上进行科学合作的想法，同时两国在国际空间站上建立了新的合作伙伴关系。因此，一台研究火星大气层中尘埃的RKA激光雷达仪器被安装在火星极地着陆器上。弗里德曼和卢曼随后询问激光雷达首席研究员维亚切斯拉夫·林金是否有兴趣在仪器上添加微型火星麦克风，得到肯定的答复。

制造第一个火星麦克风

在公众对聆听火星声音兴趣不断涌现的支持下，行星协会筹集了10万美元来制造火星麦克风。德罗里当时是卢曼在伯克利的同事之一，他加入了这个项目，并领导了将麦克风单元集成到激光雷达上的技术努力，使之不需要对仪器的功率、体积和重量分配进行任何调整。最初制造的火星麦克风是一个智能小盒子，边长约5厘米，重50克。这款麦克风是为极端环境打造的，研究者们对它进行了足够的测试，以了解它有多坚固。

研究团队对该麦克风设备进行了所有可以想象到的测试，使用真空、热室和振动台来确保它能够在火星恶劣的环境中发射、巡航、着陆和操作，并在他们设置的每一种模式下工作。通过与激光雷达的集成和测试，当他们将麦克风连接到着陆器上时，它工作得非常完美。满足美国国家航空航天局对麦克风的数据限制被证明是一个挑战，该团队在改进处理和管理录音的电子设备方面也格外努力。

研究团队当然不想发回没有声音或无趣声音的数据，所以使用了一个语音识别芯片，它可以接收麦克风中的声音，并将数据减少到真正易于管理的程度。这个解决方案涉及几个技巧：麦克风可以录制一个小时，然后只传回最响亮的声音；它还可以在特定的时间段内随机采集音频样本，以避免每秒都要传回数据。火星极地着陆器于1999年1月3日发射升空，飞船直飞火星，并于1999年12月3日开始降落到火星表面。

失望与寄予厚望

突然，飞船似乎消失得无影无踪，控制器失去了来自航天器的信号，尽管一再努力重建通信，但再也没有听到火星极地着陆器的消息。经过彻底的调查，工程师们得出结论，最有可能的情况是，由于着陆器认为展开着陆腿引发的震动源于触地，所以它过早地关闭了引擎，很可能因此高速坠入火星表面。卢曼回忆道：这是一个巨大的遗憾，由于火星麦克风在公众和媒体中引起了巨大的轰动，我们还事先在实验室开放了一间会议室，举办着陆活动并庆祝。

但当得知着陆失败时，尽管仍有一些人留下来，但大多数人都在逃离，这对项目来说是一个相当悲哀的结局。但对火星麦克风项目的兴趣仍在继续，在火星极地着陆器失事后，法国国家空间研究中心立即为计划于2007年发射的火星着陆器任务提供了第二次麦克风实验的机会。这个火星着陆器由四个小型着陆器组成，这些着陆器将研究火星的大气层、表面和内部。

然而，由于资金困难，该任务在2004年被取消。后来美国国家航空航天局终于接受了为凤凰号着陆器安装火星麦克风的想法，凤凰号着陆器于2008年降落在火星北极附近。凤凰号的麦克风是其下降成像系统的一部分，使用的设计与极地着陆器上的原始麦克风类似。行星协会将会提供公众宣传。但就在发射前，工程师们检测到麦克风中存在潜在的电子问题，可能会影响其他系统，于是麦克风被停用。

听见火星

听到火星声音的梦想就这样传承到了毅力号火星车上。自2021年2月以来，美国航空航天局的毅力号火星车一直在探测这颗红色星球的表面。2021年2月19日，毅力号首次记录了这颗红色行星的声音。这些声音属于人类可听见的频谱范围，介于20赫兹和20千赫兹之间。它们表明火星非常安静——以至于有几次科学家认为传声器已经不工作了。很明显，除了风之外，火星上的自然声源很罕见。

凤凰号着陆器

除此之外，科学家还关注了毅力号自身产生的声音。人们已经深入研究了这些声音在地球上的传播。通过研究这些声音在火星上的传播，科学家能准确描述火星大气的声学特性。

研究人员表示，与地球上的声速（340米/秒）相比，火星上的声速低得多，为240米/秒。然而，最令人惊讶的是，火星上实际有两种声速，一种是高频声速，另一种是低频声速。声音在火星上的衰减比在地球上更快，尤其是高频声音——与低频声音不同，它衰减得非常快，即使在短距离内也是如此。这些因素会使两个相距仅5米的人很难进行交谈。这是火星大气组成和非常低的大气表面压力造成的。

一年多来，毅力号获得了数小时的声音环境记录。对这些声音的深入分析使得科学家得以感知火星大气湍流产生的声音。这种湍流的规模比之前已知的任何湍流都小，对其进行研究将增进人们对大气与火星表面相互作用的认识。