Als je op het oppervlak van Mars zou kunnen staan, wat zou je horen? Terwijl acht missies verbluffende uitzichten hebben opgeleverd vanaf het oppervlak van de Rode Planeet, niemand heeft enig geluid teruggegeven.

Dat gaat veranderen. NASA's Perseverance-rover, wat nog dagen verwijderd is van een missie om te zoeken naar tekenen van vorig leven en monsters te verzamelen voor toekomstige terugkeer naar de aarde, zal er geen hebben, maar twee microfoons aan boord. Men zal luisteren terwijl de rover door de atmosfeer van Mars daalt om te landen, en een ander zal geluiden opnemen terwijl de rover zijn wetenschappelijke werk doet in de Jezero Crater - een oude rivierdelta waar het leven misschien floreerde.

Als alles goed gaat, De microfoons van Perseverance zullen voldoen aan de wensen van de mede-oprichter van Planetary Society, Carl Sagan, die in 1996 een brief aan NASA schreef waarin hij er bij de ruimtevaartorganisatie op aandrong een microfoon naar Mars te sturen.

"Zelfs als er maar een paar minuten Marsgeluiden zijn opgenomen van dit eerste experiment, de publieke belangstelling zal groot zijn en de kans op wetenschappelijke verkenning reëel, ’ schreef Sagan.

Ten minste drie Mars-missies voorafgaand aan Perseverance hadden microfoons als onderdeel van hun ontwerp. De eerste, die in 1999 naar Mars vloog aan boord van NASA's Mars Polar Lander, werd gesponsord door The Planetary Society, en werd het eerste door crowdfunding gefinancierde wetenschappelijke instrument dat naar een andere planeet vloog. De Polar Lander stortte neer op het oppervlak, maar er zouden nog meer pogingen volgen. Echter, tot dusver, niemand is erin geslaagd.

"Geluiden van Mars zijn iets dat het publiek al lang fascinerend vindt en, als resultaat, die The Planetary Society heeft omarmd en nagestreefd, " zei Bruce Betts, hoofdwetenschapper voor The Planetary Society. "Het gaat terug op onze vroege ideeën om ruimtewetenschappen uit te breiden naar het publiek, dus dit concept om onze zintuigen op een geheel nieuwe manier in contact te brengen met een andere wereld, is iets waar The Planetary Society in heeft geloofd. En nu hopen we dat het daadwerkelijk tot wasdom zal komen."

Perseverance's microfoons

Van de twee microfoons van Perseverance, één maakt deel uit van de Ingang, Descent and Landing (EDL) systeem dat verantwoordelijk is voor het veilig naar de oppervlakte brengen van de rover door de atmosfeer van Mars. De audio van die microfoon wordt gekoppeld aan full-color video gemaakt door EDL-camera's. Hierdoor kunnen kijkers voor de allereerste keer ervaren hoe een landing op Mars eruitziet en klinkt.

De tweede microfoon is opgenomen in het SuperCam-wetenschappelijke instrument van de rover, een volgende generatie versie van de laserzappende ChemCam van de Curiosity rover. Net als zijn voorganger, SuperCam gebruikt een infrarood laserstraal om rotsen en de bodem van Mars te verwarmen en te verdampen. Een speciale camera kan dan de chemische samenstelling van de verdampte materialen bepalen, en de aanwezigheid van organische verbindingen te detecteren - een grote verscheidenheid aan op koolstof gebaseerde verbindingen die de eiwitten vormen voor het leven zoals we dat kennen.

Wanneer SuperCam een ​​steen opblaast, het resulterende ploffende geluid geeft wetenschappers aanwijzingen over de samenstelling van de rots. Maar het kan ook geluiden opnemen van de rover die zijn werk doet, zei Greg Delory, de CEO en mede-oprichter van het ruimtehardwarebedrijf Heliospace. Delory is adviseur van het SuperCam-microfoonteam, en hielp bij het ontwerpen van de originele Mars-microfoon van The Planetary Society.

"Horen hoe de mast draait, de wielen draaien, of horen hoe andere instrumenten klinken, kan ook een belangrijk technisch diagnostisch hulpmiddel zijn, " hij zei.

Misschien wel het meest verwachte kenmerk van de microfoon is dat hij ook de geluiden van Mars zelf zal opnemen. Zullen we het gehuil van de Marswind horen? Produceren Martiaanse stormen donder zoals op aarde?

De eerste Mars-microfoon

Het idee voor een Mars-microfoon kwam van planetaire wetenschapper Janet Luhmann van de Universiteit van Californië, Berkeley in het midden van de jaren negentig.

"Ik was al enkele jaren betrokken bij de wetenschap van Mars en de planning van Mars-missies, en ik werd nieuwsgierig waarom niemand geluid had beschouwd als een onderdeel van het waarnemingsspectrum dat we met robots proberen te bereiken, " ze zei.

Luhmann en een paar collega-wetenschappers van UC Berkeley's Space Science Lab begonnen rond te neuzen met het idee, gebruik van kant-en-klare onderdelen zoals microfoons voor hoortoestellen, en testte het concept in Mars-achtige omstandigheden in de Mars Wind Tunnel in het Ames Research Center van NASA. De resultaten waren veelbelovend, en de Berkeley-wetenschappers begonnen te denken dat NASA misschien bereid zou zijn om de microfoon naar Mars te vliegen als een meerijdend instrument.

Luhmann benaderde The Planetary Society over het sponsoren van de Mars-microfoon. Medeoprichters van de samenleving, Bruce Murray, Carl sagan, en Lou Friedman waren geïntrigeerd, erkenning van de waarde van het algemeen belang van een dergelijk instrument. Maar toen ze het concept presenteerden aan de wetenschappelijke adviescommissie voor NASA's Mars Polar Lander-missie, die begin 1999 van start zou gaan, het idee van een microfoon werd ronduit afgewezen. Er was geen wetenschappelijke waarde, aldus de commissie.

"Het deed erg denken aan de allereerste dagen van planetaire missies, " herinnerde Friedman zich. "Er waren geen camera's op de eerste Pioneer en Mariner-ruimtevaartuigen omdat de wetenschappelijke wijsheid van die tijd was dat beeldvorming slechts een stunt was; het was geen goede wetenschap. Het is moeilijk voor te stellen dat nu, maar de adviescommissie dacht toen dat het horen van geluiden op Mars slechts een stunt was, te."

Omstreeks diezelfde tijd, NASA-beheerder Dan Goldin was het initiatief tot een initiatief genaamd "Mars Together" dat het idee van Russische en Amerikaanse wetenschappelijke samenwerking bij toekomstige Mars-missies promootte. parallel aan het nieuwe partnerschap van de landen op het internationale ruimtestation. Als resultaat, een Russisch LIDAR-instrument om stof in de atmosfeer van Mars te bestuderen, was uitgekozen om op Mars Polar Lander te vliegen.

Gebruikmakend van verbindingen die zijn gesmeed tijdens eerdere inspanningen van de Planetary Society om Sovjet- en Amerikaanse wetenschappers samen te brengen tijdens de Koude Oorlog, Friedman en Luhmann vroegen de hoofdonderzoeker voor de Russische LIDAR, Viacheslav Linkin, als hij geïnteresseerd was in het toevoegen van de kleine Mars-microfoon aan zijn instrument. Linkin zei ja.

Gesteund door een uitstorting van publieke belangstelling voor het horen van geluiden van Mars, De Planetary Society heeft $ 100 opgehaald, 000 om de Mars-microfoon te bouwen. Delorie, een van de toenmalige Berkeley-wetenschappers van Luhmann, nam deel aan het project en leidde de technische inspanning om de microfooneenheid in de LIDAR te integreren zonder dat er aanpassingen aan het vermogen nodig waren, volume, en gewichtstoewijzingen die NASA aan het Russische instrument had gegeven.

"De originele Mars-microfoon die we bouwden was een slimme kleine doos, ongeveer 5 centimeter aan elke kant, gewicht 50 gram, " zei Delory. "De microfoon is gebouwd voor extreme omgevingen, en we hebben het voldoende getest om te weten hoe robuust het was."

Hij en zijn team hebben het apparaat elke denkbare test doorstaan, vacuüm- en thermische kamers en schudtafels gebruiken om ervoor te zorgen dat het de lancering zou overleven, cruise, landen, en opererend in de barre omgeving van Mars, en functioneerde ook in elke modus die ze hadden aangesloten. De microfoon werkte feilloos door integratie en testen met de LIDAR, en toen ze hem aan de lander hadden aangesloten, het werkte perfect.

Voldoen aan NASA's databeperkingen voor de microfoon zou een uitdaging blijken te zijn, waarbij het team uitzonderlijk hard werkte aan het verfijnen van de elektronica die de geluidsopnames verwerkte en beheerde.

"Als je een add-on voor onderwijs en publieksbereik bent, u krijgt geen groot deel van het databudget toegewezen, "Zei Delory. "We wilden ook geen gegevens terugsturen zonder geluiden of oninteressante geluiden, dus gebruikten we een spraakherkenningschip die de geluiden van de microfoon opvangt en de gegevens reduceert tot iets dat echt hanteerbaar is."

De oplossing bestond uit verschillende trucjes:de microfoon kon een uur opnemen en dan alleen de luidste geluiden terugsturen. Het kan ook willekeurige audiosamples nemen tijdens specifieke tijdsperioden om te voorkomen dat elke seconde gegevens moet worden teruggestraald.

Teleurstellingen en hoge verwachtingen

Mars Polar Lander is weggeschoten van Cape Canaveral, Florida op 3 januari 1999. Het ruimtevaartuig bereikte de hele weg naar Mars, en begon zijn afdaling naar de oppervlakte op 3 december. Plotseling, het ruimtevaartuig leek spoorloos te verdwijnen. Controllers verloren het signaal van het ruimtevaartuig en ondanks herhaalde pogingen om de communicatie te herstellen, Van MPL is nooit meer iets vernomen. Na een grondig onderzoek, ingenieurs concludeerden dat het meest waarschijnlijke scenario was dat de ondergang van MPL plaatsvond toen de lander dacht dat de schok van het inzetten van de landingspoten de landing was, dus het zette zijn motoren te vroeg af. Het is waarschijnlijk met hoge snelheid op het oppervlak van Mars neergestort.

"Het was een enorme afknapper, "Herinnerde Luhman zich. "Sinds de Mars-microfoon een enorme opschudding had gemaakt bij het publiek en de pers, we hadden een vergaderruimte open in ons lab om het landingsevenement te organiseren en te vieren. Maar toen bekend werd dat de landing was mislukt, er waren een paar mensen die bleven hangen voor een reactie, maar meestal was er een uittocht. Het was een behoorlijk triest einde van ons project, en we dachten dat er weinig uitzicht was op een re-do."

Maar de interesse in het Mars-microfoonproject ging door. Onmiddellijk na het verlies van Polar Lander, een tweede kans om met het microfoonexperiment te vliegen werd geboden door het Franse ruimteagentschap CNES tijdens zijn Netlander-missie, gepland voor lancering in 2007. Netlander bestond uit vier kleine identieke landers over de hele planeet die de atmosfeer van Mars zouden bestuderen, oppervlakte, en interieur. Echter, de missie werd in 2004 geannuleerd vanwege financieringsproblemen.

NASA kwam uiteindelijk op het idee van een Mars-microfoon voor zijn Phoenix-lander, die in 2008 in de buurt van de noordpool van Mars landde. De microfoon van Phoenix maakte deel uit van het afdalingssysteem en gebruikte een ontwerp dat vergelijkbaar was met de originele microfoon op Polar Lander. De Planetary Society zou hebben gezorgd voor publieksbereik. Maar net voor de lancering, ingenieurs ontdekten een mogelijk elektronisch probleem in de microfoon dat andere systemen zou kunnen beïnvloeden, en de microfoon was gedeactiveerd.

"Er was een optie om de microfoon mogelijk aan te zetten nadat Phoenix zijn primaire missiedoelen had bereikt, namelijk het beoordelen van de lokale bewoonbaarheid en het onderzoeken van de geschiedenis van water op Mars, " zei Betts. "Maar er waren elders hogere prioriteiten, en ze maakten zich nog steeds zorgen over mogelijke elektrische problemen, dus het werd nooit ingeschakeld voordat Phoenix in november 2008 bezweek aan de ijskoude omstandigheden op het noordelijk halfrond van Mars."

De Planetary Society heeft tevergeefs geprobeerd om microfoons op NASA's Spirit te krijgen, Mogelijkheid, Nieuwsgierigheid, en InSight-missies, evenals de noodlottige Schiaparelli-lander van de European Space Agency die in 2016 neerstortte. Dat betekent dat het aan Perseverance is om de droom te realiseren om geluiden van Mars te horen.

"Ik heb dezelfde hoop voor deze missie als met de Mars Polar Lander!" zei Friedman. "Wat dat betreft is er voor mij niets veranderd, want telkens als we de eerste foto zien, of eerste gegevens van een missie, het is altijd spannend. Wachten op het eerste geluid van Mars zal even spannend zijn."

De microfoons aan boord van Perseverance zijn qua ontwerp vergelijkbaar met de originele Mars-microfoon van The Planetary Society die in 1999 werd gelanceerd. en Delory kan niet wachten om eindelijk te horen hoe Mars klinkt.

"We kunnen Mars al heel lang vanuit het oogpunt van de rovers zien, "zei hij. "Het zal ongelooflijk zijn om een ​​ander zintuig toe te voegen aan ons begrip van Mars."