El sonido tiene dos velocidades en Marte, una para los agudos y otra para los graves

El 18 de febrero de 2021 se posaba en Marte el rover Perseverance de la NASA. Una semana despu¨¦s, los terrestres pod¨ªan o¨ªr por primera vez un sonido marciano, en aquella ocasi¨®n el del viento. Ahora, un a?o y casi cinco horas de grabaciones despu¨¦s, un estudio reci¨¦n publicado desvela todos los secretos de c¨®mo suena el planeta rojo. All¨ª las ondas sonoras se propagan m¨¢s lentamente y se aten¨²an m¨¢s r¨¢pidamente. Y no hay una velocidad del sonido, sino dos: las frecuencias m¨¢s altas (los agudos) y las m¨¢s bajas (los graves) viajan a ritmos diferentes. Estos datos sonoros est¨¢n sirviendo a los cient¨ªficos para conocer mejor la atm¨®sfera marciana, conocimiento clave para cuando lleguen los humanos.

La del Perseverance es la misi¨®n m¨¢s ambiciosa enviada a Marte. La m¨¢quina es toda una maravilla de la t¨¦cnica. El objetivo principal del rover es tomar muestras que va recogiendo, empaquetando y dejando como mojones en su recorrido por el cr¨¢ter Jezero, donde se pos¨® el aparato. Va a su ritmo, en este a?o apenas ha viajado tres kil¨®metros y recogido siete de las m¨¢s de cuarenta muestras que tiene encargadas. Dentro de una d¨¦cada, se conf¨ªa en poder traer a la Tierra ese material y completar la misi¨®n: hallar pistas de la vida que se supone pudo haber en el planeta rojo hace 3.500 millones de a?os. Entre sus siete instrumentos hay dos micr¨®fonos. No son modestos, pero se pueden comprar en una tienda. Uno va incorporado a la c¨¢mara del sistema de entrada, descenso y aterrizaje (EDL) y est¨¢ grabando el ruido que hacen las seis ruedas del veh¨ªculo en su rodadura. El otro acompa?a al instrumento SuperCam, instalado en el m¨¢stil del Perseverance y graba unos minutos cada d¨ªa el sonido ambiente. Pero tambi¨¦n podr¨ªa aprovecharse otra fuente de sonido: el ruido que hace el l¨¢ser del rover cuando corta las rocas marcianas.

El Perseverance incorpora un instrumento llamado LIBS (acr¨®nimo en ingl¨¦s de Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) con el que se est¨¢ analizando las rocas. Un equipo encabezado por el catedr¨¢tico de la UMA Javier Laserna lleva a?os trabajando con sistemas LIBS. Su aportaci¨®n a la misi¨®n de la NASA era intentar relacionar los cambios en el sonido del l¨¢ser provocados en su interacci¨®n con el material con sus propiedades, para poder construir una imagen m¨¢s completa de la roca. La duraci¨®n del pulso es de unos microsegundos y en ese tiempo emite luz cuyo espectro permite investigar de qu¨¦ est¨¢ compuesta la roca. Pero adem¨¢s de luz, tambi¨¦n provoca ruido. Como recuerda C¨¦sar ?lvarez, del equipo de Laserna, ¡°el micr¨®fono de la SuperCam est¨¢ sincronizado con el l¨¢ser, durante esos segundos se escucha un sonido por la ablaci¨®n de la roca¡±. Y su colega Javier Mor¨®s, tambi¨¦n de la UMA y coautor del estudio, dice que ¡°si sabes a qu¨¦ distancia est¨¢ la roca, eres capaz de medir la velocidad del sonido¡±.

Los resultados de este a?o de grabar sonidos acaban de ser publicados en la revista cient¨ªfica Nature. Aunque para los expertos en ac¨²stica no sea una completa novedad, ya que se hab¨ªa anticipado con modelos en la Tierra, el dato m¨¢s llamativo es que la velocidad del sonido es diferente seg¨²n la frecuencia. Seg¨²n los modelos, sabiendo la presi¨®n atmosf¨¦rica (que en las planicies marcianas es unas 100 veces menor que la terrestre a nivel del mar) y las propiedades f¨ªsicas del medio, el di¨®xido de carbono (CO?) que predomina en la atm¨®sfera marciana, se estimaba que las ondas sonoras se propagar¨ªan a unos 240 metros por segundo, frente a los 342 que recorre en la Tierra. Los modelos no erraban demasiado: la velocidad del sonido durante el d¨ªa oscila entre los 240 m/s y los 257 m/s. Y las variaciones se corresponden con la frecuencia: las m¨¢s altas, los agudos (por encima de los 2 kilohercios, kHz), viajan hasta los 257 m/s. Mientras, las bajas, los graves (en torno a los 84 Hz), se propagan m¨¢s lentamente, a 240 m/s. Aunque hipot¨¦tico, la conversaci¨®n entre dos personas a apenas cinco metros solo provocar¨ªa cacofon¨ªas ininteligibles.

Para los autores del estudio, la diferente atenuaci¨®n respecto a la Tierra es la propiedad del sonido marciano m¨¢s llamativa. La menor densidad de la atm¨®sfera de Marte hace que la atenuaci¨®n sea mucho mayor que en la superficie terrestre. Entendida como la p¨¦rdida de potencia de la se?al original al tener que atravesar un medio, la f¨ªsica de este proceso es relativamente sencilla: a medida que la onda sonora se propaga por el aire, las mol¨¦culas van chocando unas con otras pasando la oscilaci¨®n y generando calor. Parte de la energ¨ªa ac¨²stica se disipa as¨ª en el medio. La fascinaci¨®n la explicita el f¨ªsico Manuel de la Torre, investigador del Laboratorio de Propulsi¨®n a Chorro de la NASA, que est¨¢ detr¨¢s de la misi¨®n Perseverance: ¡°Me ha parecido interesante c¨®mo el micr¨®fono captura el ritmo de disipaci¨®n de la energ¨ªa de la atm¨®sfera a calor en una atm¨®sfera muy tenue y rica en CO?. Se puede o¨ªr hasta la escala donde el movimiento alcanza el tama?o de la distancia entre las mol¨¦culas. Es un r¨¦gimen din¨¢mico dif¨ªcil de medir en la Tierra¡±.

¡°Marte es muy silencioso, antes de los ¡®rover¡¯, solo estaba el viento¡±

Jos¨¦ Antonio Rodr¨ªguez, del Centro de Astrobiolog¨ªa. Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial

Pero el sonido marciano no es solo interesante por s¨ª mismo. Las grabaciones del viento, de las ruedas o del l¨¢ser est¨¢n sirviendo como espejo del medio, la atm¨®sfera marciana. De su estudio se encarga MEDA, uno de los siete instrumentos de Perseverance y que es algo m¨¢s que una estaci¨®n meteorol¨®gica, cuyo investigador principal es Jos¨¦ Antonio Rodr¨ªguez, del Centro de Astrobiolog¨ªa (CAB), del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial. ¡°Marte es muy silencioso, antes de los rover, solo estaba el viento¡±, recuerda Rodr¨ªguez. Durante el d¨ªa se producen turbulencias convectivas en la capa m¨¢s pegada a la superficie, marcadas por el movimiento vertical del aire provocado por la insolaci¨®n y un gradiente t¨¦rmico inestable. ¡°Las grabaciones permiten estudiar las variaciones dentro de esas r¨¢fagas. El estudio de las turbulencias lo hacemos con MEDA, con los datos de temperatura, presi¨®n... pero el sonido lo ha permitido a nivel micro¡±, a?ade el cient¨ªfico espa?ol.

Frente a los millones de estaciones meteorol¨®gicas que hay en la Tierra, en Marte ¨²nicamente existen tres, las tres espa?olas. A sus datos, ahora se a?aden los inferidos de los sonidos que graba la Perseverance. Como dice Rodr¨ªguez, ¡°estas estaciones y los datos de los micr¨®fonos nos van a permitir afinar los modelos, conocer mejor la din¨¢mica de la atm¨®sfera para dise?ar las futuras misiones¡±.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, Twitter e Instagram, o apuntarte aqu¨ª para recibir nuestra newsletter semanal.