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系?這是就我們今天需要講述的故事了。

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、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系呢？那是一次非常偶然的隕石撞擊事件。

關于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，因此可以隨時監測火震及相關活動。這其中，S0986c隕石撞擊事件的定位結果顯示，其位于洞察號的東南向，兩者相距85.1公里。

洞察號位置和隕石撞擊事件位置 （Xu et al., 2022）

它與火星表面和大氣層相互作用，產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事件的數據和示意圖，包括地震儀的垂直分量數據和其頻譜。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。下圖給出了一個模型去解釋次聲的信號過程。

次聲傳播模型和地震儀數據 （Xu et al., 2022）

隕石撞擊會產生兩種信號源，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波，最后到達地震儀。由于振動信號在地下介質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波？聲速分布是關鍵。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，而其高空的風速也較高，因此可能會產生近地表的聲速低速層，這樣的低速相當于一條管道，將次聲約束在這個低速層中從而形成次聲導波。大家可以簡單理解成為光在光纖中的傳播。

現在我們已經清楚了次聲的信號來源了，那么它為什么會出現頻散現象呢？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據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構分析。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構和擾動的強度、傳播速度等。因此可以通過建立地下結構模型去擬合實際觀測數據，從而去更新速度結構，獲得更加準確的速度結構等。具體的數學物理公式推導，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。

編輯：黃飛