Слышны ли звуки в открытом космосе

Содержание:

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.

Читайте также:  Тепловизор для андроид на алиэкспресс

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.

Давайте рассмотрим это более подробно: как известно, радиоволны могут двигаться в космосе. Это говорит о том, что если Вы окажетесь в космосе и наденете скафандр с радиоприемником, то ваш товарищ сможет передать вам радиосигнал о том, что, например, на космическую станцию привезли пиццу, и вы действительно это услышите. А услышите вы его потому, что радиоволны не являются механическими, они – электромагнитны. Электромагнитные волны могут передать энергию через вакуум. Как только ваше радио получает сигнал, оно преобразовывает его в звук, который спокойно будет двигаться по воздуху в вашем скафандре.

— рассмотрим другой случай: Вы в скафандре летаете в космосе, и случайно ударяетесь шлемом о космический телескоп. По идеи, в результате столкновения должен быть слышен звук, поскольку в данном случае есть среда для звуковых волн: шлем и воздух в скафандре. Но, несмотря на это, Вы по-прежнему будете окружены вакуумом, поэтому независимый наблюдатель не услышит ни звука, даже если Вы будете биться головой о спутник много раз.

— представьте, что Вы астронавт и Вам поручено выполнить некое задание.

Вы решили выйти в космос, как вдруг вспомнили, что забыли надеть скафандр. Ваше лицо сразу же прижмет к шаттлу, в ушах не останется воздуха, поэтому вы не сможете ничего услышать. Однако, прежде чем «стальные оковы» космоса Вас задушат, Вы сможете разобрать несколько звуков через костное звукопроведение. В костной звукопроводимости, звуковые волны проходят через кости челюсти и черепа к внутреннему уху, обходя барабанную перепонку. Поскольку в данном случае нет потребности в воздухе, еще 15 секунд Вы будете слышать разговоры своих коллег в шаттле. После этого, Вы, вероятно, потеряете сознание и у вас начнется удушье.

Читайте также:  Tesla model 3 емкость аккумулятора

Звука в космосе не слышно потому, что там безвоздушная среда, а наши уши воспринимают колебания воздуха. Но есть ещё электромагнитные волны, которые беспрепятственно распространяются в вакууме, это рентгеновское и гамма-излучения, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны.

Вот, как раз сверхдлинные радиоволны и сравнимы по частоте с частотами воздушных колебаний, слышимых нашим ухом. Так, слышимый диапазон составляет 20-20000 Гц, а диапазон мириаметровых (сверхдлинных) волн — от 3000 до 30000 Гц (3 кГц – 30 кГц). И есть ещё декамегаметровые 30 Гц – 3 Гц и гектокилометровые 300 Гц – 3 кГц, которые по частоте также вписываются в звуковой диапазон.

Непосредственно слышать такие электромагнитные волны мы не можем, так как наше ухо воспринимает только колебания воздушной среды. Но, как любые радиоволны, их можно принять антенной и передать на обычный динамик. Даже не надо никаких преобразований – лови, усиливай обычным усилителем звуковой частоты и слушай. Что исследователи космоса и делают – улавливают от космических объектов сверхдлинные радиоволны и записывают их.

В фантастических фильмах и сериалах можно часто видеть потрясающие взрывы космических кораблей, сопровождающиеся характерными звуками. Но работает ли это в реальности? Может ли человек что-то услышать в космосе?

Если ответить коротко: нет. Нет, вы не услышите взрыв корабля или крик вашего товарища-космонавта, который зовет вас из кратера, куда случайно провалился (конечно, если в его шлеме нет специальной системы связи).

Однако из-за популяризации в кино многие думают, что в космосе можно услышать звуки. Например, вы могли даже слышать звуки планет, записанные космическими аппаратами. Но и это не совсем верно.

На самом деле, инструменты фиксируют определенные процессы в атмосферах (или кольцах), после чего переводят их в то, что мы могли бы услышать в звуковом формате. Так что нет, планеты не гудят и не поют в космическом мраке.

Немного о звуке

Подборка космических звуков: Солнечная система и другие звуки

Если сравнивать с чем-то явление космического шума, то ближе всего стоит к тепловому. Образуется на частотах выше 15 МГц, если антенны направлены к нашей звезде или любым мощным областям вроде галактического центра. Удаленные квазары и прочие плотные тела посылают ЭМ-волны. Также радиоприемники способны зафиксировать событие метеоритного падения. Еще одна разновидность – реликтовое излучение. Это остаточный шепот Большого Взрыва, распространенный однородно по всему пространству. Пик находится в микроволновом диапазоне.

Звуки космоса – Звук радиоволн при взаимодействии с атмосферой Земли

Радиоволны способны практически без потерь перемещаться на больших дистанциях в пределах земной атмосферы. Именно из-за этого их используют в качестве удобных информационных транспортировщиков.

Звуки космоса: Quindar – Звук #1

Вы можете без труда понять, где предоставлена запись переговоров астронавтов и пункта земного приема из-за Quindar tones. Это писки на высоких частотах, которые появляются в паузах между словами.

Звуки космоса: Quindar – Звук #2

Если вы когда-нибудь слушали старые записи миссий Аполлона, то сталкивались с «квиндарскими тонами». Это своего рода особенный метод включения/отключения при связи коммуникатора и экипажа корабля. Подобная техника позаимствована из принципа функционирования двусторонней рации.

Звуки космоса: Спутник – Бип-Бип

В 1954 году по советскому радио прозвучало сообщение от Юрия Левитана. Он говорил, что благодаря усердной работе научных сотрудников удалось создать первый искусственный земной спутник. Запуск совершили 4 октября, а позывные доносились в виде «Бип! Бип!».

Звуки космоса: Кассини – радиоэмиссия Сатурна

Во время миссии Кассини аппарату удалось записать радиосигналы, раздававшиеся с участков на северном и южном полюсах Сатурна.

Звуки космоса: Вояджер – молнии на Юпитере

Удивительно, но на этом гиганте присутствуют активные молнии. Это явление отображает стремительную транспортировку частичек с электрическим зарядом с одной точки на другую. Чтобы произошло заметное «сверкание», нужно разделить заряды в пределах облака. В земных условиях это происходит из-за ударов капель воды в жидком и замороженном состояниях. В Юпитере также задействуется облачный лед. К этому выводу пришли из-за сделанного аппаратом Галилео снимка. Яркие вспышки замечены на позиции водяных облаков. Они освещают аммиачные облачные структуры, расположенные ниже. Важно помнить, что эти молнии по нагреву превосходят земные.

Читайте также:  Геопоиск теле2 с компьютера без согласия

Звуки космоса: Вояджер – звуки межзвездной плазмы

Вояджер-1 известен тем, что этому аппарату удалось покинуть пределы нашей системы и записать мелодию плазмы. Об этом с огромной радостью сообщил представитель команды Дон Гарнетт.

Звуки космоса: Sturdust -Пролет рядом с кометой Темпеля-1

Этот аппарат стартовал к своей цели в 1999 году. Первые кометные образцы удалось раздобыть в 2004 году на поверхности Вильда (81P/Wild 2). Ученые получили капсулу через 2 года. Сам же механизм продолжил полет и в 2007 году функционировал уже под наименованием Stardust-NExT. Новым объектом стала комета Темпель-1. Но это будет последним заданием, так как топливный запас уже на исходе.

Звуки космоса: Кеплер – свет от звезды KIC7671081B, преобразованный в звук

Мы имеем возможность наслаждаться не только планетарными мелодиями, но и звездными. Эту запись сделал телескоп Кеплер.

Звуки космоса: Кеплер – свет от звезды KIC7671081B, преобразованный в звук

Уникальный космический телескоп сумел обнаружить огромное количество пространственных объектов. Но нам удалось даже больше. Оказывается, можно превратить звездное мерцание в мелодию и услышать пение звезды. В итоге, мы располагаем голосами KIC7671081B и KIC12268220C.

Звуки космоса: Юнона – код "ПРИВЕТ", полученный с Земли

В 2011 году к Юпитеру отправили автоматическую станцию Юнона. Это был второй этап в границах проекта «Новых рубежей». В 2016 году миссия закрепилась на орбитальном пути и получила выход на полярную шапку. Исследователи планировали рассмотреть гравитационные и магнитные поля, а также проверить, обладает ли планета твердым ядром.

Звуки космоса: Кассини – звук Энцелада

В данный момент Кассини близится к завершению своей миссии и путешествует по кольцам. Но аппарат также сумел записать звуки Сатурна на прибор RPWS. Формируются плазменными волнами из-за контакта частичек в кольце D.

Звуки космоса: Плазмасферический свист

На огромных высотах царствуют космические лучи. Их высокий энергетический запас опасен, потому что способен не только нанести вред спутникам, но и угрожает здоровью всех, кто выходит в открытое пространство. Это влияние именуют плазмасферическим свистом. ЭМ-волны формируют звук, напоминающий белый шум.

Звуки космоса: Волны в плазме

Это ЭМ-волны, перемещающиеся в плазматической среде из-за упорядоченного движения заряженных частичек. Особенно важное значение придается ЭМ-влиянию между частичками, поэтому ЭМ-свойства плазмы основываются на присутствии внешних полей и волновых характеристик.

Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно немного понимать физику звука. Звук распространяется по воздуху в виде волн. Например, когда вы говорите, вибрация голосовых связок сжимает воздух вокруг них.

Этот сжатый воздух перемещает воздух вокруг себя и происходит транспортировка звуковых волн. В итоге, эти сжатия добираются к нашим ушам, а мозг уже интерпретирует активность в виде звука.

Если сжатие оказывается высокочастотным или перемещается слишком быстро, то уши воспринимают сигналы в виде свиста или визга. Если же частоты низкие или скорость медленная, то мы улавливаем гул или низкий тембр.

Существует важный момент: нельзя сжать звуковые волны без среды. Так вот в вакууме нет «среды», которая будет передавать звуковые волны. Конечно, существует вероятность, что в качестве среды могут срабатывать облака газа и пыли, но нам все равно не услышать потенциальные звуки. Они будут слишком высокими или низкими для наших ушей.

Да, вы можете попытаться снять скафандр возле пылевого и газового облака и прислушаться. Но в целях безопасности мы не советуем проводить этот тест.

А что насчет света?

Со световыми волнами (которые не являются радиоволнами) наблюдается иная картина. Они не нуждаются в среде для распространения. Поэтому свет может перемещаться, что позволяет нам видеть планеты, звезды и чужие галактики. А вот их звуки мы услышать не можем.

Космические зонды нас обманывают?

Здесь все сложнее. Еще в начале 90-х гг. НАСА удалось добыть 5 звуков из космоса. Вот только само объяснение, что это такое, было не совсем корректным. Многие посчитали, что эти записи отображают звучание самих планет.

Однако речь идет о контакте заряженных частиц в магнитосферах миров. Космические зонды провели измерения этих радиоволн и прочих электромагнитных колебаний, и превратили их в звуки.

Вот так выглядит реальность. Но это не мешает вам насладиться «звуками» планет на нашем сайте. В конце концов, эта интерпретация позволяет уловить сигналы с других миров, у каждого из которых наблюдается характерная и отличительная звуковая подпись.