Finite-Difference Modeling of Acoustic and Gravity Wave Propagation in Mars Atmosphere: Application to Infrasounds Emitted by Meteor Impacts
- Others:
- Département Electronique, Optronique et Signal (DEOS) ; Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO)
- Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Géoazur (GEOAZUR 7329) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])
- Géosciences Environnement Toulouse (GET) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique [Marseille] (LMA ) ; Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
- Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Jet Propulsion Laboratory (JPL) ; NASA-California Institute of Technology (CALTECH)
Description
The propagation of acoustic and gravity waves in planetary atmospheres is strongly dependent on both wind conditions and attenuation properties. This study presents a finite-difference modeling tool tailored for acoustic-gravity wave applications that takes into account the effect of background winds, attenuation phenomena (including relaxation effects specific to carbon dioxide atmospheres) and wave amplification by exponential density decrease with height. The simulation tool is implemented in 2D Cartesian coordinates and first validated by comparison with analytical solutions for benchmark problems. It is then applied to surface explosions simulating meteor impacts on Mars in various Martian atmospheric conditions inferred from global climate models. The acoustic wave travel times are validated by comparison with 2D ray tracing in a windy atmosphere. Our simulations predict that acoustic waves generated by impacts can refract back to the surface on wind ducts at high altitude. In addition, due to the strong nighttime near-surface temperature gradient on Mars, the acoustic waves are trapped in a waveguide close to the surface, which allows a night-side detection of impacts at large distances in Mars plains. Such theoretical predictions are directly applicable to future measurements by the INSIGHT NASA Discovery mission.
Abstract
International audience
Additional details
- URL
- https://hal.science/hal-01447014
- URN
- urn:oai:HAL:hal-01447014v1
- Origin repository
- UNICA