Kosmoss nav viendabīgs nekas. Starp dažādiem objektiem ir gāzes un putekļu mākoņi. Tās ir supernovas sprādzienu paliekas un zvaigžņu veidošanās vieta. Dažos apgabalos šī starpzvaigžņu gāze ir pietiekami blīva, lai izplatītu skaņas viļņus, taču tās nav jutīgas pret cilvēka dzirdi.
Vai kosmosā ir skaņa?
Kad objekts kustas – vai tā būtu ģitāras stīgas vibrācija vai sprādziens salūts –, tas ietekmē tuvumā esošās gaisa molekulas, it kā tās spiežot. Šīs molekulas ietriecas savos kaimiņos, bet tās, savukārt, nākamajos. Kustība izplatās pa gaisu kā vilnis. Kad tas sasniedz ausi, cilvēks to uztver kā skaņu.
Kad skaņas vilnis iet caur gaisu, tā spiediens svārstās uz augšu un uz leju kā jūras ūdens vētrā. Laiku starp šīm vibrācijām sauc par skaņas frekvenci un mēra hercos (1 Hz ir viena svārstība sekundē). Attālumu starp augstākajām spiediena virsotnēm sauc par viļņa garumu.
Skaņa var izplatīties tikai tādā vidē, kurā viļņa garums nepārsniedzvidējais attālums starp daļiņām. Fiziķi šo sauc par "nosacīti brīvo ceļu" - vidējo attālumu, ko molekula veic pēc sadursmes ar vienu un pirms mijiedarbības ar nākamo. Tādējādi blīva vide var pārraidīt īsa viļņa garuma skaņas un otrādi.
Garo viļņu skaņām ir frekvences, kuras auss uztver kā zemus toņus. Gāzē, kuras vidējais brīvais ceļš ir lielāks par 17 m (20 Hz), skaņas viļņi būs pārāk zemas frekvences, lai cilvēki tos uztvertu. Tos sauc par infraskaņām. Ja būtu citplanētieši ar ausīm, kas dzird ļoti zemas notis, viņi droši zinātu, vai kosmosā ir dzirdamas skaņas.
Melnā cauruma dziesma
Apmēram 220 miljonu gaismas gadu attālumā, tūkstošiem galaktiku kopas centrā supermasīvs melnais caurums dungo zemāko noti, ko Visums jebkad ir dzirdējis. 57 oktāvas zem vidējā C, kas ir aptuveni miljons miljardu reižu dziļāk nekā cilvēka dzirde.
Visdziļākās skaņas, ko cilvēki var dzirdēt, cikls ir aptuveni viena vibrācija ik pēc 1/20 sekundes. Melnajam caurumam Perseja zvaigznājā ir aptuveni vienas svārstības cikls ik pēc 10 miljoniem gadu.
Tas atklājās 2003. gadā, kad NASA kosmiskais teleskops Chandra atklāja kaut ko gāzē, kas piepilda Perseusa kopu: koncentrētus gaismas un tumsas gredzenus, piemēram, viļņus dīķī. Astrofiziķi saka, ka tās ir neticami zemas frekvences skaņas viļņu pēdas. gaišāks -tās ir viļņu virsotnes, kur spiediens uz gāzi ir vislielākais. Tumšāki gredzeni ir ieplakas, kur spiediens ir zemāks.
Skaņa, ko varat redzēt
Karsta, magnetizēta gāze virpuļo ap melno caurumu, piemēram, ūdens, kas virpuļo ap kanalizāciju. Kustības laikā tas rada spēcīgu elektromagnētisko lauku. Pietiekami spēcīgs, lai paātrinātu gāzes plūsmu netālu no melnā cauruma malas līdz gandrīz gaismas ātrumam, pārvēršot to milzīgos uzliesmojumos, ko sauc par relatīvistiskām strūklām. Tie liek gāzei pagriezties uz sāniem, un šis efekts rada biedējošas skaņas no kosmosa.
Tie ceļo cauri Perseus klasterim simtiem tūkstošu gaismas gadu attālumā no to avota, taču skaņa var ceļot tikai tik ilgi, kamēr ir pietiekami daudz gāzes tās pārnēsāšanai. Tātad tas apstājas pie gāzes mākoņa malas, kas piepilda Perseus galaktiku kopu. Tas nozīmē, ka uz Zemes nav iespējams dzirdēt tā skaņu. Var redzēt tikai ietekmi uz gāzes mākoni. Izskatās, ka skatās caur kosmosu skaņu necaurlaidīgā kamerā.
Dīvaina planēta
Mūsu planēta izdala dziļu vaidu ikreiz, kad tās garoza kustas. Tad nav šaubu, vai skaņas izplatās telpā. Zemestrīce var radīt vibrācijas atmosfērā ar frekvenci no viena līdz pieciem Hz. Ja tas ir pietiekami spēcīgs, tas var nosūtīt zemskaņas viļņus caur atmosfēru kosmosā.
Protams, nav skaidras robežas, kur beidzas Zemes atmosfēra un sākas kosmoss. Gaiss tikai pakāpeniski kļūst retāks, līdz beidzotpazūd pavisam. No 80 līdz 550 kilometriem virs Zemes virsmas molekulas vidējais brīvais ceļš ir aptuveni kilometrs. Tas nozīmē, ka gaiss šajā augstumā ir aptuveni 59 reizes plānāks, nekā būtu iespējams dzirdēt skaņu. Tas var pārnēsāt tikai garus infraskaņas viļņus.
Kad 9,0 magnitūdu zemestrīce satricināja Japānas ziemeļaustrumu krastu 2011. gada martā, seismogrāfi visā pasaulē fiksēja tās viļņus, kas šķērso Zemi, un vibrācijas izraisīja zemas frekvences vibrācijas atmosfērā. Šīs vibrācijas ir izplatījušās līdz pat vietai, kur Eiropas Kosmosa aģentūras gravitācijas lauks un stacionārais Ocean Circulation Explorer (GOCE) satelīts salīdzina Zemes gravitāciju zemā orbītā ar 270 kilometriem virs virsmas. Un satelīts varēja ierakstīt šos skaņas viļņus.
GOCE ir ļoti jutīgi akselerometri, kas kontrolē jonu dzinēju. Tas palīdz uzturēt satelītu stabilā orbītā. 2011. gada 11. martā GOCE akselerometri konstatēja vertikālas nobīdes ļoti plānā atmosfērā ap satelītu, kā arī viļņotas gaisa spiediena izmaiņas, izplatoties zemestrīces skaņas viļņiem. Satelīta dzinēji koriģēja nobīdi un saglabāja datus, kas kļuva par kaut ko līdzīgu zemestrīces infraskaņas ierakstam.
Šis ieraksts tika klasificēts satelītdatos, līdz Rafaela F. Garsijas vadītā zinātnieku komanda publicēja šo dokumentu.
Pirmā skaņaVisums
Ja būtu iespējams atgriezties laikā, aptuveni pirmajos 760 000 gados pēc Lielā sprādziena, varētu noskaidrot, vai kosmosā ir skaņa. Tolaik Visums bija tik blīvs, ka skaņas viļņi varēja brīvi ceļot.
Aptuveni tajā pašā laikā pirmie fotoni sāka ceļot pa kosmosu kā gaisma. Pēc tam viss beidzot pietiekami atdzisa, lai subatomiskās daļiņas varētu kondensēties atomos. Pirms atdzišanas Visums bija piepildīts ar lādētām daļiņām - protoniem un elektroniem -, kas absorbēja vai izkliedēja fotonus, daļiņas, kas veido gaismu.
Šodien tas sasniedz Zemi kā vājš mikroviļņu fona mirdzums, ko var redzēt tikai ļoti jutīgi radioteleskopi. Fiziķi šo relikviju sauc par starojumu. Tā ir visvecākā gaisma Visumā. Tas atbild uz jautājumu, vai kosmosā ir skaņa. CMB satur visvecākās mūzikas ierakstu Visumā.
Gaisma, lai palīdzētu
Kā gaisma palīdz mums uzzināt, vai kosmosā ir skaņa? Skaņas viļņi pārvietojas pa gaisu (vai starpzvaigžņu gāzi) kā spiediena svārstības. Kad gāze tiek saspiesta, tā kļūst karstāka. Kosmiskā mērogā šī parādība ir tik intensīva, ka veidojas zvaigznes. Un, kad gāze izplešas, tā atdziest. Skaņas viļņi, kas izplatījās cauri agrīnajam Visumam, izraisīja nelielas spiediena svārstības gāzveida vidē, kas savukārt atstāja nelielas temperatūras svārstības, kas atspoguļojās kosmiskajā mikroviļņu fonā.
Temperatūras izmaiņu izmantošana, fizikaVašingtonas universitāte Džonam Krāmeram izdevās atjaunot šīs biedējošās skaņas no kosmosa – paplašinās Visuma mūziku. Viņš reizināja frekvenci ar 1026 reizēm, lai cilvēka ausis varētu viņu dzirdēt.
Tātad neviens īsti nedzird kliedzienus kosmosā, taču būs skaņas viļņi, kas virzīsies cauri starpzvaigžņu gāzes mākoņiem vai Zemes ārējās atmosfēras retajos staros.
