Есть ли в космосе звук? Распространяется ли звук в космосе
Космос — это не однородное ничто. Между различными объектами есть облака газа и пыли. Они являются остатками после взрыва сверхновых и местом для формирования звезд. В некоторых областях этот межзвездный газ достаточно плотный, чтобы распространять звуковые волны, но они не восприимчивы для человеческого слуха.
Есть ли в космосе звук?
Когда объект движется — будь то вибрация гитарной струны или взрывающийся фейерверк — он воздействует на близлежащие молекулы воздуха, как бы толкая их. Эти молекулы врезаются в своих соседей, а те, в свою очередь, в следующие. Движение распространяется по воздуху подобно волне. Когда она достигает уха, человек воспринимает ее как звук.
Когда звуковая волна проходит сквозь воздушное пространство, его давление колеблется вверх и вниз, словно морская вода в шторм. Время между этими вибрациями называется частотой звука и измеряется в герцах (1 Гц — это одна осцилляция в секунду). Расстояние между пиками наивысшего давления называется длиной волны.
Звук может распространяться только в среде, в которой длина волны не больше среднего расстояния между частицами. Физики называют это «условно свободной дорогой» — среднее расстояние, которое молекула проходит после столкновения с одной и перед взаимодействием со следующей. Таким образом, плотная среда может передавать звуки с короткой длиной волны и наоборот.
Звуки с длинными волнами имеют частоты, которые ухо воспринимает как низкие тона. В газе со средней длиной свободного пробега, превышающей 17 м (20 Гц), звуковые волны будут слишком низкочастотными, чтобы человек смог их воспринять. Они называются инфразвуками. Если бы существовали инопланетяне с ушами, воспринимающими очень низкие ноты, они бы точно знали, слышны ли звуки в открытом космосе.
Песнь черной дыры
На расстоянии около 220 миллионов световых лет, в центре кластера из тысяч галактик, сверхмассивная черная дыра напевает самую низкую ноту, которую когда-либо слышала вселенная. На 57 октав ниже средней «до», что примерно на миллион миллиардов раз глубже, чем звук той частоты, которую человек может услышать.
Самый глубокий звук, который возможно уловить людям, имеет цикл около одного колебания каждые 1/20 секунды. У черной дыры в созвездии Персея цикл составляет около одного колебания каждые 10 миллионов лет.
Это стало известно в 2003 году, когда космический телескоп NASA «Чандра» обнаружил нечто в газе, заполняющем кластер Персея: концентрированные кольца света и темноты, похожие на рябь в пруду. Астрофизики говорят, что это следы невероятно низкочастотных звуковых волн. Более яркие — это вершины волн, где наибольшее давление на газ. Кольца темнее — это впадины, где давление ниже.
Звук, который можно увидеть
Горячий, намагниченный газ вращается вокруг черной дыры, похожий на воду, циркулирующую вокруг слива. Двигаясь, он создает мощное электромагнитное поле. Достаточно сильное, чтобы ускорить газ возле края черной дыры практически до скорости света, превращая его в огромные всплески, называемые релятивистскими струями. Они вынуждают газ повернуть на своем пути в сторону, и это воздействие вызывает жуткие звуки из космоса.
Они переносятся через кластер Персея в течение сотен тысяч световых лет от своего источника, но звук может путешествовать только до тех пор, пока достаточно газа для его перевозки. Поэтому он останавливается на краю газового облака, заполняющего скопление галактик Персея. Это значит, что невозможно услышать его звук на Земле. Можно увидеть только влияние на газовое облако. Это выглядит так, как если смотреть через пространство на звукоизолированную камеру.
Странная планета
Наша планета издает глубокий стон каждый раз, когда двигается ее кора. Тогда не остается сомнений: распространяются ли звуки в космосе. Землетрясение может создавать вибрации в атмосфере с частотой от одного до пяти Гц. Если оно достаточно сильное, то может посылать инфразвуковые волны через атмосферу в открытый космос.
Конечно, нет четкой границы, где атмосфера Земли заканчивается и начинается космос. Воздух просто постепенно становится тоньше, пока в конце концов не исчезает вовсе. От 80 до 550 километров над поверхностью Земли длина свободного пробега молекулы составляет около километра. Это означает, что воздух на этой высоте примерно в 59 раз тоньше такого, при котором была бы возможность слышать звук. Он способен лишь переносить длинные инфразвуковые волны.
Когда в марте 2011 года землетрясение магнитудой 9.0 потрясло северо-восточное побережье Японии, сейсмографы во всем мире зафиксировали, как его волны проходили сквозь Землю, а вибрации вызывали низкочастотные колебания в атмосфере. Эти вибрации прошли весь путь до того места, где корабль Европейского космического агентства (Gravity Field) и стационарный спутник Ocean Circulation Explorer (GOCE) сравнивает гравитацию Земли на низкой орбите с отметкой 270 километров над поверхностью. И спутнику удалось записать эти звуковые волны.
GOCE обладает очень чувствительными акселерометрами на борту, которые управляют ионным двигателем. Это помогает поддерживать спутник на стабильной орбите. 11 марта 2011 года акселерометры GOCE обнаружили вертикальное смещение в очень тонкой атмосфере вокруг спутника, а также волнообразные сдвиги в давлении воздуха, в момент распространения звуковых волн от землетрясения. Двигатели спутника скорректировали смещение и сохранили данные, которые стали подобием записи инфразвука землетрясения.
Эта запись была засекречена в данных о спутнике до тех пор, пока группа ученых, возглавляемая Рафаэлем Ф. Гарсией, не опубликовала этот документ.
Первый звук во вселенной
Если бы была возможность вернуться в прошлое, примерно в первые 760 000 лет после Большого Взрыва, можно было бы узнать, есть ли в космосе звук. В это время Вселенная была настолько плотной, что звуковые волны могли свободно распространяться.
Примерно тогда же первые фотоны начинали путешествовать в космосе в качестве света. После всё наконец охладилось настолько, чтобы субатомные частицы конденсировались в атомы. До того, как произошло охлаждение, Вселенная была заполнена заряженными частицами — протонами и электронами — которые поглощали или рассеивали фотоны, частицы, составляющие свет.
Сегодня он достигает Земли как слабое свечение микроволнового фона, видимое только очень чувствительными радиотелескопами. Физики называют это реликтовым излучением. Это самый старый свет во вселенной. Он отвечает на вопрос, есть ли звук в космосе. Реликтовое излучение содержит запись древнейшей музыки вселенной.
Свет в помощь
Как свет помогает узнать, есть ли звук в космосе? Звуковые волны проходят сквозь воздух (или межзвездный газ) как колебания давления. Когда газ сжимается, становится жарче. В космических масштабах это явление настолько интенсивно, что образуются звезды. А когда газ расширяется, он остывает. Звуковые волны, распространяющиеся по ранней вселенной, вызывали слабые колебания давления в газовой среде, что, в свою очередь, оставляло слабые сбои температуры, отраженные в космическом микроволновом фоне.
Используя температурные изменения, физику Университета Вашингтона Джону Крамеру удалось восстановить эти жуткие звуки из космоса — музыку расширяющейся вселенной. Он умножил частоту в 10 26 раз, чтобы человеческие уши смогли его услышать.
Так что никто действительно не услышит крика в космосе, но останутся звуковые волны, движущиеся сквозь облака межзвездного газа либо в разреженных лучах внешней атмосферы Земли.
Источник
Журнал «Все о Космосе»
Звуки Космоса
Космическая музыка: Юпитер
Мощные порывы солнечного ветра, сталкиваясь с ионосферой Юпитера, рождают гулкие звуки космического «гонга», которые сменяются мелодией «небесного маяка». Крупнейшая планета Солнечной системы ведет с нашим подсознанием мистическую беседу, как будто делится тайнами Вселенной.
Благодаря сотрудникам нескольких американских университетов и агентств, изучающих Космос, стало возможным создание этой записи. Однако особой чести достоин человек, без деятельности которого звуки Вселенной никогда бы не были записаны, — Фред Шарф, именно он создал проект акустической записи для «Вояджеров».
Особое звучание Юпитеру придают его кольца — огромные скопления мелкой пыли. Они были обнаружены космическими кораблями «Пионер-1» и «Пионер-2», а вот потрясающее изображение самой планеты, которое вы видите слева, было сделано космическим аппаратом «Вояджер-2».
Космическая музыка: Магнитосфера Ганимеда
Ганимед — один из галилеевых спутников Юпитера, седьмой по расстоянию от него среди всех его спутников и крупнейший спутник в Солнечной системе. Его диаметр равен 5268 километрам, что на 2 % больше, чем у Титана (второго по величине спутника в Солнечной системе) и на 8 % больше, чем у Меркурия. При этом масса Ганимеда составляет всего 45 % массы Меркурия, но среди спутников планет она рекордная. Луну Ганимед превышает по массе в 2,02 раза. Совершая облёт орбиты примерно за семь дней, Ганимед участвует в орбитальном резонансе 1:2:4 с двумя другими спутниками Юпитера — Европой и Ио.
«Небесные песни», которые удалось уловить и записать космическим аппаратам НАСА, теперь, благодаря доктору Джеффри Томпсону, готовы поведать нам о таинственных событиях, поражающих своими масштабами, которые происходят во всей безграничной Вселенной.
Каждый найдет свою ассоциацию к этим неземным звукам – шум ветра, разряды молний, мелодии грома, песни неведомых космических созданий – все они способны затронуть тайные струны в «космической» душе человека.
Космическая музыка: Ио
Завораживающие, гипнотические звуки спутника Юпитера Ио рождают в воображении небесное тело, наполненное спокойствием и безмятежностью. Однако Ио коварно усыпляет вашу бдительность чарующими звуками ветра, таинственных инструментов, дельфинов и китов. На самом деле в этом небесном теле бушует «огненная жизнь».
Пятый спутник Юпитера известен своей вулканической активностью: клубы серы выбрасываются из вулканов на высоту 300 км, а сама поверхность Ио покрыта реками лавы и ручьями расплавленных пород.
Сам великий Галилео Галилей стоит у истоков изучения этого космического чуда. Он увидел Ио 8 января 1610 года, но перепутал спутник Юпитера с другим сопровождающим планету небесным объектом – Европой.
Космическая музыка: Сатурн
Сатурн отождествлялся у древних греков с титаном Кроносом, глотавшим своих детей, и, действительно, газовый гигант настолько огромен, что без труда смог бы поглотить 769 планет размером с Землю.
Небесный гигант создает загадочную космическую музыку благодаря взаимодействию его ионосферы, колец и спутников с частицами солнечного ветра, которые улавливает магнитное поле Сатурна. В его «пении» слышится вся мощь небесных ветров, перерастающих в космические ураганы.
По своему размеру гигант Сатурн уступает только Юпитеру, кроме того, именно Юпитер оттеснил своего космического соперника на шестое место по удаленности от Солнца. Тем не менее, только Сатурн обладает столь грандиозными кольцами, в то время как у остальных газовых гигантов они практически незаметны.
Космическая музыка: Кольца Сатурна
Приятной вибрацией космических молний наполнят ваше тело трехмерные звуки колец Сатурна. Каждая ваша клеточка зазвучит в унисон притягательному ритму Вселенной, отраженному от многочисленных тонких структур, опоясывающих газового гиганта.
Эти структуры впервые были замечены Галилеем в 1610 году, в то время астроном посчитал, что он наблюдает за спутниками Сатурна, хотя, возможно, они представлялись ему как огромные ручки по бокам планеты. Более точным оказался голландец Христиан Гюйгенс, усовершенствовавший телескоп и в 1655 году предположивший, что у Сатурна есть плоское и тонкое кольцо.
А ведь на самом деле вокруг планеты расположилось множество колец, состоящих из частичек льда и камней, разных по размеру. Часто говорят о том, что кольца – это космический мусор, удерживаемый притяжением Сатурна. Самое большое кольцо удалено от Сатурна на расстояние, превышающее его диаметр в 200 раз, однако толщина его составляет всего 900 метров.
Космическая музыка: Уран
Мощные, энергичные космические вихри, рожденные взаимодействием солнечных ветров, ионосферой Урана и его кольцами, рождают звуки, растекающиеся по сознанию волнами успокоения, медленно проникающими в подсознание и настраивающими на медитацию.
Седьмая планета от Солнца известна своей очень тонкой системой колец. Только благодаря случаю в 1977 году американские астрономы Джеймс Элиот, Эдвард Данхэм и Дуглас Минк, работавшие в обсерватории Койпера, открыли эти уникальные структуры. Основной же целью ученых было изучить влияние Сатурна на звезды. Наблюдая за движением планеты, они заметили, что звезды скрывались несколько раз прежде, чем Сатурн «добрался» до них.
Космическая музыка: Кольца Урана
Кольца Урана создают мелодичную песню Вселенной: создается впечатление, как будто гигантский тибетский монах играет на космической поющей чаше. Великолепная музыка для проведения медитаций.
Уран окружен девятью узкими, «невидимыми» кольцами, сконструированными из темных, каменистых частиц разных размеров, которые практически не отражают свет. Состав их неизвестен, однако, скорее всего, в них отсутствуют кристаллы льда, характерные для светлых колец Сатурна.
Космическая музыка: Миранда
Стоит ли удивляться, что «напев» Миранды напоминает то голоса космических сирен, очаровывающих странников дивной мелодией, то неистовым призывом вселенского урагана, играющего в бесконечных каньонах и трещинах Миранды.
В маленькой Миранде – диаметр ее составляет всего 500 км – воплощены все формы рельефа, известные в Солнечной системе. Этот ледяной мирок, обычная температура для которого -187 ºС, как будто собран из несоответствующих друг другу кусочков гигантского каменистого паззла. Ее поверхность изрыта кратерами и каньонами, но есть и ровные поверхности, напоминающие стадионы или ипподромы. Такой мы видим Миранду благодаря «Вояджеру-2».
Космическая музыка: Нептун
Космический голос Нептуна изменчив: то он суров и возвещает о себе ураганными ветрами, то чарующие ласков и успокаивает мелодиями космической «ракушки». Нептун – самая дальняя от Солнца планета – рассказывает о себе хрустальными звуками льда.
Газово-ледяной Нептун не зря получил свое «морское» название: в его состав входит метан, который интенсивно поглощает красное излучение и рассеивает синие лучи. В целом на планете преобладает смесь водорода и гелия, которые при температуре -214 ºС представляют собой слой льда, превышающий массу Земли в 17 раз, а ее объем в 58 раз.
Космическая музыка: Голос Земли
Мягкий напев ручейка, слабый шепот ветра в бамбуковых зарослях, радостные крики дельфинов – так разговаривает «живая» планета. Космические песни Земли мы слышим в результате взаимодействия ее ионосферы с солнечными ветрами.
Любящий и нежный космический голос Земли успокаивает и усыпляет, обещает добрые и цветные сновидения, поэтому запись этой «небесной» мелодии использовалась японскими телевизионщиками в рамках программы для детей с нарушениями сна.
Источник