我們的標題中有兩個信息，一個是次聲，另一個則是火星。這里面究竟有怎樣的關(guān)系? 這是就我們今天需要講述的故事了。本文的主要內(nèi)容來自于文章：Modeling Seismic Recordings of High-Frequency Guided Infrasound on Mars。

首先，我們得搞清楚，次聲到底是什么？次聲一般指頻率低于 20Hz 的聲音，人耳一般聽不到。次聲的波長很長，傳播距離很遠，能量損失很小，穿透力很強。其來源也非常多，比如火山爆發(fā)、地震、海嘯等。從次聲的特性中我們就可以得知，次聲的傳播距離和其能量損耗使得其能夠在距離事件很遠處被某些儀器探測到。那次聲和火星有什么關(guān)系呢？那是一次非常偶然的隕石撞擊事件。

關(guān)于 NASA 的洞察號，我們這里就不再贅述了，其帶來的對于火星的各方資料已經(jīng)使得人類對于火星的研究有了很大進展。這里我們只討論隕石撞擊事件的資料，由于洞察號攜帶著地震儀，因此可以隨時監(jiān)測火震及相關(guān)活動。這其中，S0986c 隕石撞擊事件的定位結(jié)果顯示，其位于洞察號的東南向，兩者相距 85.1 公里。

它與火星表面和大氣層相互作用，產(chǎn)生了地震波和次聲波。地震波在 0 到約 200 秒之間可見，而次聲波在 200 秒之后可見。在下圖中，可以看到 S0986c 事件的數(shù)據(jù)和示意圖，包括地震儀的垂直分量數(shù)據(jù)和其頻譜。我們可以看到在藍色方框中，頻散信號非常明顯，其在波形中也非常明顯，甚至強于前面的直接撞擊的信號。因此，文章作者給出下圖了這樣一個模型去解釋次聲的信號過程。

隕石撞擊會產(chǎn)生兩種信號源，一者直接在地下傳播進而到達地震儀，二者在大氣底部的大氣傳播形成次聲導(dǎo)波，最后到達地震儀。由于振動信號在地下介質(zhì)中的傳播速度遠遠快于空氣中的傳播速度，因此地下的振動信號要遠早于次聲的信號。這里面我們也必須要要談到，為什么會形成這樣的次聲導(dǎo)波？聲速分布是關(guān)鍵。那火星大氣的大致聲速是怎樣的？由于火星表面在夜間會迅速冷卻，而其高空的風(fēng)速也較高，因此可能會產(chǎn)生近地表的聲速低速層，這樣的低速相當(dāng)于一條管道，將次聲約束在這個低速層中從而形成次聲導(dǎo)波。大家可以簡單理解成為光在光纖中的傳播。

現(xiàn)在我們已經(jīng)清楚了次聲的信號來源了，那么它為什么會出現(xiàn)頻散現(xiàn)象呢？也就是不同的頻率次聲下，其波速不一樣。其實這樣一來，我們就可以通過模擬大氣的聲速模型去擬合次聲的真實數(shù)據(jù)從而得到我們較為可靠的大氣聲速模型。除此之外，由于地震儀測的是聲-地耦合的信號特征，因此次聲信號可以用來進行淺地表的簡單結(jié)構(gòu)分析。這其中最重要的就是“compliance”，中文稱柔度。這是由于大氣壓力變化會引起地表變形，其強度主要取決于地下結(jié)構(gòu)和擾動的強度、傳播速度等。因此可以通過建立地下結(jié)構(gòu)模型去擬合實際觀測數(shù)據(jù)，從而去更新速度結(jié)構(gòu)，獲得更加準確的速度結(jié)構(gòu)等。具體的數(shù)學(xué)物理公式推導(dǎo)，我們這里不再贅述。

因此，如果對類似這樣的信號去更加細致分析，可以同時約束大氣和淺地表的速度模型，真可謂一舉兩得的手段。

參考文獻

• Xu, Zongbo & Froment, Marouchka & Garcia, Rapha?l & Beucler, E. & Onodera, Keisuke & Kawamura, Taichi & Lognonné, Philippe & Banerdt, William. (2022). Modeling Seismic Recordings of High‐Frequency Guided Infrasound on Mars. The Journal of Geophysical Research Planets. 10.1029/2022JE007483.

本文來自微信公眾號：石頭科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：行雨

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的次声还能探火星？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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