Пение вселенной: от «органа» большого взрыва до «сабвуфера» черной дыры
Со школьной скамьи мы знаем, что космос нем, так как воздуха там практически нет, а соответственно, звуковые волны там распространяться не могут. Кроме того, общеизвестно, что практически все космические объекты являются источниками электромагнитных волн (рентгеновских волн, гама-излучения, видимого света, инфракрасного излучения, ультрафиолета, радиоволн). Не редко частоты волн, генерируемых небесными телами, находятся в пределах слышимого спектра.
К сожалению, наши уши не могут воспринимать электромагнитные волны, но, если преобразовать их в звук, мы услышим нечто необычное, порой пугающее, и по моему субъективному мнению, завораживающее. Эти звуки с легкой руки журналистов были названы музыкой планет, звёзд, черных дыр. Большинство из них — свидетельства явлений галактического и вселенского масштаба.
«Пение» звёзд и планет принимает самые разнообразные формы: от многочастотных шумов до своеобразных ритмичных композиций. Всё это очень близко к аналоговой электронной музыке, например, экспериментальные композиции группы Bad Sector. Некоторые «голоса» небесных тел, например, Юпитера, очень напомнили мне звуки синтезатора АНС, который активно использовали Артемьев и Шнитке. В этом посте я опишу наиболее впечатлившие меня звуки окружающей нас, совсем не безмолвной вселенной, расскажу кое-что о том, как они появились и как были обнаружены.
«Органный» рокот юной вселенной
Первым звуком нашей вселенной принято считать так называемое звуковое послесвечение большого взрыва. Это волны, дошедшие до нас через 13 миллиардов лет. Через 380 000 лет после большого взрыва появилось свечение газов, открытое в 60-е годы прошлого столетия и названное «космическое микроволновое фоновое излучение»(КМФИ) или «реликтовое излучение».
По словам доктора астрономии, профессора Марка Вайттла (Mark Whittle) из университета Вирджинии, карта КМФИ, отражающая состояние вселенной в младенческом возрасте, является «отпечатком первородного крика новорождённого космоса». Как подчеркивает ученый, изменения цвета на спутниковой карте свечения говорят об изменении температуры, а те в свою очередь свидетельствуют об изменении плотности и давления в облаке газов. Волны давления – это по сути и есть звуковые волны.
Астрономы сравнивают КМФИ с космическим органом, в котором колоссальные потоки газов и энергии двигались по «трубам» из черной материи.
Дошедшие до нас, эти волны звучат так:
Космические метрономы и drum`n`base
Одним из интереснейших космических явлений являются звуки пульсаров, которые можно сравнить с метрономами и драм-машинами. Согласно принятых в астрофизике и астрономии представлений, пульсары – это вращающиеся нейтронные звёзды, которые образуются после взрыва массивных звёзд. Пульсары обладают магнитным полем, наклонённым к оси их вращения. В связи с этой особенностью, излучение, приходящее на землю, модулируется. Из полюсов пульсара исходит 2 потока излучения. От скорости вращения зависит частота ритма, создаваемая этими потоками.
В качестве примеров привожу ритмы пульсаров млечного пути:
Рёв солнечного колокола
Звуки нашего Солнца едва ли соответствуют представлениям земных обывателей о «тёплом, добром» солнышке. Низкочастотный гул, ревущие, булькающие и гудящие «импровизации» светила появляются в результате процесса конвекции, когда газы поднимаются и опускаются на поверхности звезды, создавая таким образом волны давления.
По утверждению Алекса Филиппенко, астронома из калифорнийского университета, наше Солнце создаёт 10 миллионов тонов единовременно. Количество тонов солнечной «симфонии», обнаруживается благодаря солнечным спутникам (STEREO, SOHO и др.), которые замеряют число выпуклостей от волн давления на поверхности звезды.
Звуки Солнца, записанные NASA:
«Пение» солнечных бурь
Не менее интересным явлением, на мой взгляд, являются магнитные (солнечные) бури. Звук, преобразованный и записанный во время этих явлений, не однороден. Мощные потоки мегаионизированных частиц плазмы порождают нетипичные для других явлений волны (звуки), которые фиксируются солнечными спутниками.
В качестве примера такого явления можно привести бурю, которая обрушилась на планеты солнечной системы в марте 2012-го года:
Леденящий кровь хор Юпитера
В результате влияния солнечного ветра, внутри магнитного поля Юпитера, генерируются волны, которые впервые записал аппарат NASA Вояджер-1, который 5 марта 1979 года достиг Юпитера.
Аналогичные звуки были записаны в текущем году аппаратом Juno 4, который 3 июля 2016-го года вошёл в магнитное поле крупнейшей планеты солнечной системы.
Многие из тех, кто сталкивался со звуками этой планеты, говорят о том, что их они пугают. Как я уже отмечал в начале статьи, мне необычные звуки Юпитера напомнили звучание советского аналогового синтезатора АНС и фрагменты некоторых произведений Шнитке, написанных на нём.
Вселенский рекорд «сабвуфера» черной дыры в галактике Персей А
На расстоянии 250 миллионов световых лет от Земли находится скопление из нескольких тысяч галактик, названное «скоплением Персея». В центре скопления расположена галактика «Персей А» с огромной черной дырой, которая является активным галактическим ядром. Галактическое ядро периодически выбрасывает в окружающее пространство колоссальное количество энергии. Такие энергетические «импульсы» черной дыры по сути представляют собой волны давления.
Волны Персея были обнаружены космическим телескопом «Чандра», который засёк рентгеновское излучение и смог определить его источник в 2003-м году. Фактически, если попытаться воспроизвести ноту, которая соответствует частоте волнам Персея, то мы её не услышим, так как она находится далеко за пределами нашего восприятия. Частота, на которой звучит нота – одно колебание в 10 млн лет. По расчетам ученых из NASA и американского планетарного общества – эта нота на 57 октав ниже ноты «до» первой октавы фортепьяно, т.е. в миллиарды раз ниже частоты, которую способен воспринимать человек. Сабвуфер Персея издаёт самый низкий звук во вселенной из всех известных человеку.
Полагаю, что тем, кому интересны звуки космоса, будут полезны эти ссылки:
Крики Сатурна попали в рейтинг самых пугающих звуков космоса. Учёные до сих пор разгадывают тайну
Крики Сатурна попали в рейтинг самых пугающих звуков космоса, способных заставить задуматься неподготовленного человека. Учёные до сих пор разгадывают тайны Солнечной системы.
Космос до сих пор таит много загадок. А некоторые явления могут напугать простых людей. Речь идёт о звуках, которые издают небесные тела. Интересные истории привёл портал TravelAsk.
Так, в 80-х годах прошлого века к Сатурну прибыли зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Они не только сделали высококачественные снимки газового гиганта, но и записали звуки с его полюсов. После обработки аудиосигнала люди услышали ужасающие крики и стоны.
В начале 2000-х выяснилось, что звуки могут издавать и чёрные дыры. Они напоминают сердцебиение.
Напомним, несколько лет назад агентство NASA выложило в открытый доступ «самые жуткие» звуки космоса, издаваемые различными планетами и спутниками Солнечной системы.
Они были получены при помощи преобразования радиоизлучения планет, которое фиксируют космические аппараты NASA, в звуковые волны.
Созданные аудиотреки в космическом агентстве США назвали «воющими планетами». Как заявили учёные, звуки космоса «несомненно, заставят кожу слушателей покрыться мурашками».
Как сообщает телеканал «360», ранее космонавт Сергей Кудь-Сверчков признался, что на орбите земли его тянет на «солёненькое и острое». Главные же неудобства создаёт система кондиционирования, которая сушит воздух.
Как НАСА записывает звук, если звук не распространяется в космосе?
НАСА зарегистрировало волны магнитного и электрического поля, связанные с космическими событиями, и перевело эти данные в слышимый человеком диапазон.
Есть бесчисленные вопросы о космосе, которые преследовали ученых на протяжении веков. Чтобы ответить на некоторые из них, мы послали орбитальные аппараты, космические корабли, а иногда даже людей, чтобы собрать образцы и сделать наблюдения, но как вы изучаете то, что не видите?
Люди, естественно, способны слышать и видеть только в определенных конкретных частотах и длинах волн. Однако в космосе множество волн, которые находятся за пределами нашего узкого восприятия, так как же мы их изучаем?
Мы переводим, переделываем и адаптируем их в соответствии с нашими потребностями, чтобы мы могли наблюдать и анализировать их. Науку просто невозможно остановить!
Почему звук не может путешествовать в космосе?
Звуковые волны в основном распространяются путем вибрации частиц в среде, т. е. молекул воздуха. Эти колебания передаются последовательным частицам в среде, что означает, что звуковые волны не могут перемещаться без среды. Причина, по которой мы не можем слышать звук в пространстве, обычно связана с отсутствием такой среды.
Мы можем утверждать, что в космосе есть облака газов, которые могут действовать как среды, но газы не присутствуют равномерно по всему пространству. Кроме того, газы обычно менее плотны в космосе, что означает, что между частицами слишком большие расстояния, поэтому вибрации не могут эффективно распространяться.
Проще говоря, звук не может путешествовать в космосе.
Как ученые слышат звуки Вселенной?
Начнем с того, что ученые фактически не могут «слышать» космические звуки, но у них есть средства для изучения космических волн, преобразуя их в звуковые волны.
Метод преобразования называется Сонификации, если он соответствует определенным критериям:
Космос полно радиоволн, плазменных волн, магнитных волн, гравитационных волн и ударных волн, которые могут путешествовать в космосе без среды. Эти волны регистрируются приборами, которые могут воспринимать эти волны, и данные передаются на наземные станции, где волны кодируются звуком.
Любой слышимый звук имеет такие переменные, как частота, амплитуда и ритм. Различные пространственные волны согласуются с различными свойствами звука (частотой, амплитудой и т. д.) в разных пропорциях, чтобы получить звук.
НАСА имеет прибор под названием EMFISIS (Electrical and Magnetic Field Instrument Suite and Integrated Science), подключенный к двум спутникам Van Allen Probes, зондовый космический аппарат, который измеряет магнитные и электрические помехи, когда они окружают Землю. Есть три электрических датчика, которые измеряют электрические возмущения и три магнетрона, которые измеряют колебания в магнитных полях. Некоторые из электромагнитных волн лежат в диапазоне слышимых частот, который служит для ученых основой для перевода оставшихся записанных частот в слышимый диапазон для интерпретации данных. Эти знания о волнах и их тонах помогают нам понять схему, которой они следуют. Кроме того, это только волны, которые находятся вблизи атмосферы Земли.
Хотя научное сообщество уже давно бурлит вопросами, связанными с Солнцем и его недрами, мы также знаем, что ни один спутник или космический аппарат не может долететь до Солнца, не сгорев. Научное наблюдение за солнцем также практически невозможно из-за его яркости. Это оставляет нам возможность наблюдать полевые волны, которые окружают солнце, и естественные вибрации, которые возникают от солнца.
Поверхность солнца является конвективной из-за звуковых волн очень низкой амплитуды. НАСА создало солнечные звуки из данных, собранных в течение 40 дней с помощью гелиосферной обсерватории (SOHO) Michelson Doppler Imager (MDI). Эти данные были обработаны следующим образом:
Это всего лишь один метод, принятый учеными для изучения звуков космоса. Есть также датчики, которые измеряют электрическую активность пыли, когда комета проходит мимо космического корабля!
Да, и космические волны далеки от того, что вы обычно слышите в кино. Не ждите грохота и свиста. Космические волны больше похожи на сирены и свистки!
Насколько полезны звуки космоса?
Десятки космических звуков прошли через процесс сонификации. Слуховая система человека уникальна в том смысле, что она может идентифицировать паттерны, поэтому мы распознаем, является ли определенный тон повторяющимся или нет. Эта возможность была использована учеными для разделения и идентификации данных.
Если вы посмотрите на набор данных и расшифруете его, было бы более разумно, если бы вы могли его услышать, а не анализировать экран всплесков или диаграмму. Вот почему Сонификация стала популярным методом анализа космических явлений.
Роберт Александр, специалист по ультразвуковой обработке в Исследовательской группе по солнечной и гелиосферной среде в Университете Мичигана, во время изучения солнечных данных услышал гул, частота которого соответствовала периоду вращения Солнца. Этот звук подразумевал, что он, вероятно, будет периодическим. Это помогло ему сделать вывод, что существуют как быстрые, так и медленные солнечные ветры, которые периодически обрушиваются на землю.
Это только один пример; сонификация также показала, что юпитерианская молния существует. Это помогло исследовать ударные волны, которые формируются, когда магнитное поле планеты препятствует солнечному ветру, и многое другое!
Ученые превратили эти звуки в музыку, применив цифровые технологии.
Эта практика сонификации была использована для инновационного сотрудничества между Европейской южной обсерваторией (ESO) стипендиатом Крисом Харрисоном и слабовидящим астрономом Университета Портсмута доктором Николасом Бонном. Доктор Бонн создал мюзикл, в котором он дал осязаемые формы звездам и черным дырам. Он и его команда переосмыслили звезды, связав громкость звука с яркостью звезды, тон с цветом звезды и так далее.
Это шоу было в основном попыткой открыть чудесный космический мир для аудитории, которая может иметь проблемы со зрением, учитывая, что астрономия в значительной степени связана со зрением и наблюдением.
Является ли открытый космос полностью бесшумным?
Многие уже слышали высказывание, что в космосе никто не услышит, как ты кричишь.
Как и многие другие до вас, вы, возможно, просто приняли это как правду, не задумываясь над сутью. Некоторые, возможно, даже углубились и узнали, что пространство молчит, потому что звук не может проходить через вакуум.
Хотя обе эти вещи являются правдой, вы когда-нибудь задумывались, почему?
Несмотря на то, что пространство заполнено звездами, планетами, астероидами и т.д., пространство является вакуумом. Технически вакуум означает пространство, полностью лишенное материи. Внутри вакуума нет абсолютно ничего. Нет частиц, нет воздуха, ничего.
Галактика М106 в созвездии Гончие Псы
Так как же пространство находится в вакууме, если так много космических тел заполняют ночное небо?
Почему звук не может путешествовать в пространстве?
Как и свет, звук распространяется волнами. В отличие от световых волн, звуковые волны называют механической волной. В случае звуковых волн эти механические волны представляют собой вибрирующую волну, которая переносит энергию при ее перемещении из одного места в другое.
Эта волна должна проходить через то, что мы называем средой, которая в данном случае проходит через частицы. Давайте рассмотрим пример, чтобы сделать его немного понятнее.
Если вы играете на гитаре, струна вибрирует. Эта первоначальная вибрация создает цепную реакцию в частицах вокруг нее, не слишком отличаясь от ряби от гальки, брошенной в пруд.
Каждая затронутая частица передает вибрации окружающим, передавая энергию. Чем дальше распространяется звуковая волна, тем слабее становится вибрация.
Туманность NGC 2174 в созвездии Орион
Это происходит до тех пор, пока звуковая волна не перестанет существовать из-за небольшого количества энергии, теряемой при каждой передаче между частицами. Итак, для звука, нам нужны частицы. Эти частицы могут составлять целый ряд вещей, включая воду, газ, жидкости или даже твердые вещества.
Звук не может путешествовать через пространство, так как он представляет собой вакуум. Если бы вы играли на гитаре в космосе, вы бы ее не услышали.
В огромных промежутках небытия между космическими телами в космосе нет частиц, которые могли бы вибрировать, и, таким образом, начальные вибрации гитарной струны не будут иметь ничего для передачи, и никто никогда не услышит этого.
Как может пространство молчать, если это не настоящий вакуум?
Несмотря на то, что подавляющее большинство пространства представляет собой вакуум и, следовательно, абсолютно бесшумно, все же есть некоторые области, в которых слышен звук.
Но подождите, разве это не идет вразрез со всем, что мы до сих пор говорили? Ну, не совсем.
По всей Вселенной можно найти облака пыли и газа. Это могут быть останки мертвых звезд или даже области, где материя соединяется, образуя новую.
В этих космических облаках газ и пыль могут сгруппироваться и, таким образом, стать плотными.
Туманность Тарантул (NGC 2070) в созвездии Золотая Рыба Большого Магелланова Облака
Это означает, что на самом деле, возможно, чтобы в этих регионах частицы располагались достаточно близко друг к другу, чтобы можно было услышать звук.
Этот звук был впервые записан в 2003 году в рентгеновской обсерватории НАСА Чандра, и он исходил из галактики Персея на расстоянии более 250 миллионов световых лет.
Звук был измерен как B-flat, но на частоте в миллиарды раз ниже, чем физически возможно слышать человеку.
Так подождите, пространство совершенно тихо или нет?
Хотя пространство тише, чем вы можете себе представить, оно не лишено звука.
Звуковые волны не могут проходить через пространство, но есть некоторые бесконечно малые области, где звук может существовать в очень специфических условиях.
Можно ли услышать звуки в космосе?
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?
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.
Радиоволны способны практически без потерь перемещаться на больших дистанциях в пределах земной атмосферы. Именно из-за этого их используют в качестве удобных информационных транспортировщиков.
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.
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.
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!».
Во время миссии Кассини аппарату удалось записать радиосигналы, раздававшиеся с участков на северном и южном полюсах Сатурна.
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.
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.
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.
Мы имеем возможность наслаждаться не только планетарными мелодиями, но и звездными. Эту запись сделал телескоп Кеплер.
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.
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.
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.
