какие звуки издают планеты в космосе
«Услышать» космос: от темной материи до кометы Чурюмова — Герасименко
Известно, что звук в безвоздушном пространстве не распространяется. Но назвать космос немым нельзя. Рассказываем, как «звучат» планеты и другие космические объекты, и где их послушать.
Радио для темной материи
Темная материя — составляет большую часть Вселенной. Ученым известно (благодаря гравитационным аномалиям), что темная материя существует, но зарегистрировать её пока не удалось. Она не излучает свет, а также любое другое электромагнитное излучение, видимое современным телескопам. Группа физиков предложила способ детекции темной материи — «послушать» её. Они разрабатывают своеобразное «радио», на основе детекторов гравитационных волн. Они будут улавливать аксионы — гипотетические нейтральные частицы, удерживающие протоны и нейтроны вместе — составляющие существенную часть холодной тёмной материи.
В этом году физики из Стокгольмского университета предложили подход, который усилит эффект «радио». Они предположили, что электрическое поле аксионов можно использовать для создания колебаний в плазме, что сделает сигнал более явным.
Отметим, что в 2017 году аналогичный проект начали развивать в Стэндфордском университете. В основу их «радио» для темной материи легла концепция корпускулярно-волнового дуализма. Она предполагает, что материальные микроскопические объекты при одних условиях проявляют свойства волн, а при других — свойства частиц. И эти волны можно зарегистрировать с помощью антенн и резонаторов. Нужно лишь настроиться на частоту темной материи. Вероятно, сигнал будет очень слабым, поэтому инженеры дополнительно разрабатывают высокочувствительные магнитометры. Они могут чувствовать поля с индукцией менее одного фемтогаусса. Пока ученые пытаются «расслышать» темную материю, некоторые звуки космоса можно послушать уже сейчас.
Черная дыра и «голос» Юпитера
Чтобы мы могли услышать, как «звучат» планеты и другие небесные тела, физики преобразуют электромагнитные волны в звуковые. Это творческий процесс, который похож на создание музыки. Впервые космическое излучение преобразовали в звук в 1996 году. Тогда зонд «Галилео» сделал запись электромагнитных волн Юпитера. Правда, позже оказалось, что это были заряженные частицы от спутника планеты — Ганимеда.
Сделать нужную аудиозапись удалось в 2016 году. Тогда НАСА опубликовало запись с космического аппарата «Юнона» в момент его вхождения в магнитосферу Юпитера. Зонд передал на Землю звуки, которые возникли при взаимодействии магнитного поля планеты и солнечного ветра.
Существует аналогичная запись с Сатурна. Её сделал зонд «Кассини», который вылетел с Земли в 1997 году. Источник радиоволн, которые издает Сатурн, — полярное сияние на полюсах планеты длительностью от нескольких минут до часа. Акустический фон газового гиганта характеризуется большим количеством высоких и низких тонов и постоянным изменением частоты звучания.
В 2014 году аппарат «Филы» с зонда «Розетта» высадился на поверхность кометы Чурюмова — Герасименко. Там он зафиксировал издаваемый ей звук с помощью инструмента для изучения плазменной среды. Комета «поет» на частоте 40–50 мГц — вибрации вызывают частицы плазмы, проходящие сквозь магнитное поле.
Если говорить о других небесных телах, то еще в 2003 году физики из Кембриджа под руководством Эндрю Фабиана (Andrew Fabian) обнаружили «поющую» черную дыру в кластере Персея — в центре скопления галактик. Астрономы использовали телескоп «Чандра». Он улавливал рентгеновское излучение, которое исходило из самого центра кластера. Так ученые выявили звуковые волны от сверхмассивной черной дыры.
Скопление галактик способствует тому, что космический газ «пульсирует» из-за множества гравитационных воздействий — он и издает низкий «звук», указывающий на изменение давления в черной дыре. Ученые считают, что она поет уже многие миллиарды лет, а издаваемый ей шумовой фон на 57 октав ниже ноты «до». Это — за пределами слышимости человеческого уха.
Музыка с «Хаббла»
Сотрудники НАСА превратили в «музыку» ультразвуковые данные, которые получил телескоп «Хаббл». Каждому элементу на сделанных снимках специальный компьютерный алгоритм назначил свой звук. Звездам и небольшим галактикам присвоил короткие звуки, а спиральным галактикам — длинные.
Многие западные издания назвали эту «музыку» жуткой и пугающей. Кстати, у NASA есть собственный аккаунт в SoundCloud — там агентство выкладывает не только тематические подкасты, но и другие звуки из космоса.
О чем еще мы пишем в нашем «Мире Hi-Fi»:
Российские ученые записали музыку космических пульсаров
Новый ультразвуковой сенсор позволит «послушать» бактерии — как он устроен
«Послушай, чтобы найти поломку»: аудиозаписи неисправных индустриальных машин
«Стервозная Бетти» и современные аудиоинтерфейсы: почему они говорят женским голосом?
Аудиоинтерфейсы: звук как источник информации на дороге, в офисе и в небе
«Гул Земли»: теории заговора и возможные объяснения
Симфония 13 миллиардов лет: звуки Солнечной системы и далеких звезд
«Музыка» космоса — известный метод исследований, при котором различные космические объекты подвергают «озвучке». Космос наполнен электромагнитными (и не только) волнами самых разных частот: рентгеновское и гамма- излучение, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны. Некоторые волны мы можем усилить и перевести в звуковые сигналы.
Преобразовывать космическое излучение в звуковые волны можно для двух целей:
Ученые постоянно выкладывают сборники космической «музыки» (не приходится сетовать на редкий выход новых «альбомов»), поэтому каждый может составить собственную картотеку звуков вселенной, заняться научными поисками, сделать ремикс. Или просто послушать концерт в исполнении Марса.
«Дыхание» вселенной
Гравитационные волны, зарегистрированные недавно обсерваторией LIGO, преобразовали в звуковые. Колебания частоты звука соответствует колебанию частоты гравитационных волн.
Ученым Института теоретической физики Ватерлоо так понравился этот звук, что на его основе они записали блюз.
Шум из далекого космоса
Так называемые быстрые радиовсплески (FRB) — это единичные радиоимпульсы длительностью несколько миллисекунд неизвестной природы, регистрируемые радиотелескопами по всему миру. Типичная энергия всплесков, по оценкам, эквивалентна выбросу в космическое пространство энергии, испускаемой Солнцем в течение нескольких десятков тысяч лет.
Впервые и абсолютно случайно быстрый радиовсплеск был обнаружен в феврале 2007 года. Потребовалось 10 лет исследований, чтобы установить источник импульсов, который находится в карликовой галактике в 3 млрд световых лет от Земли. Однако что именно вызывает всплески длинных волн в конце электромагнитного спектра, остается предметом дискуссий.
Как «звучат» все планеты Солнечной системы
Как распространяется звук на поверхности наших ближайших соседей? Да, у Меркурия нет атмосферы, и на его поверхности было бы очень тихо. Тем не менее можно услышать вибрации, если прижать ухо к земле. Напротив, у Венеры очень плотная атмосфера из углекислого газа и азота. Звуковые волны могут ощущаться приглушенными, потому что они проходят через нечто более плотное, чем воздух, но менее плотное, чем вода.
На Марсе очень тихо, а вот Юпитер, вероятно, является одной из самых громких планет в солнечной системе — у газового гиганта много облачных слоев, поэтому любой шум создаст много отскоков. Теоретически один звук будет иметь многочисленные эхо-сигналы. Эти и другие звуки можно послушать в ролике выше.
Звуки Красной планеты
Подробнее о Марсе. Ролик записан в период с января 2004 года по апрель 2015 года и демонстрирует путь в 42,2 километра.
Микрофон Opportunity использовался на приборе, предназначенном для измерения химического состава горных пород и почвы путем их испарения по технологии лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии. Лазер «выстреливает» в мишень, которая «взрывается» в виде плазмы и создает очень резкую волну давления, акустический сигнал которой пропорционален массе разрушаемого образца. Использование микрофона для настройки, калибровки и фокусировки лазера помогает улучшить работу инструмента, но в то же время позволяет записать множество новых звуков с поверхности Красной планеты.
Лебединая песнь Cassini
Аппарат Cassini, который скоро пожертвует собой ради науки, записал звуки ударов сотен кольцевых частиц в секунду, которые испарялись в электрически возбужденный газ.
Звуки грозы на Сатурне
Cassini также отправляет ученым звуки, передающие хаотичное движение глубоко в атмосфере под облаками Сатурна.
Оркестр TRAPPIST-1
Канадские астрофизики озвучили движение экзопланет в системе TRAPPIST-1. Орбиты планет этой системы лежат близко к центральной звезде — так, год на шестой планете длится чуть больше 12 дней. Орбиты небесных тел известны лишь с некоторой точностью, известно, что периоды планет соотносятся попарно почти как целые числа — резонансы. Например, резонанс 2:3 означает, что на три оборота одной планеты приходится в точности два оборота другой планеты.
«Кошачье» мурлыканье кометы Чурюмова-Герасименко
Ученые Европейского космического агентства использовали свой корабль «Розетта», чтобы записать звук, издаваемый кометой Чурюмова-Герасименко вследствии колебания магнитного поля. Чтобы мы могли услышать этот звук, его частота была увеличена примерно в 10 000 раз.
Космические сонаты
Озвученная версия одного из самых мощных взрывов во вселенной — гамма-всплеска GRB 080916C. Воспроизводимые ноты представляют собой соответствие гамма-лучам, полученным космическим телескопом Fermi Gamma-ray Space Telescope.
Это видео является компиляцией 241 сверхновых J1 типа Ia, появившихся в результате взрывов белых карликов. Каждой сверхновой была назначена нота, которая игралась по следующим правилам:
Солнечный хорал
Вы слышите запись, сделанную в период с 1998 по 2010 гг. спектрометром на борту космического корабля Advanced Composition Explorer NASA, замерявшего скорость солнечного ветра. В общей сложности 88 840 сэмплов, собранных за 12-летний период, были сжаты для создания двух секунд аудио (файл был зациклен). 27-дневный солнечный период вращения звучит как шум с частотой около 68,5 Гц.
Последний аккорд сегодня сыграют ученые Бирмингемского университета, представившие аудиозаписи звучания древнейших звезд Млечного Пути, на основе данных, собранных космическим телескопом «Кеплер». Астрономы измерили акустические колебания нескольких древних звезд в скоплении M4 и на их основе воссоздали звуки.
Звук в космосе: какие мелодии рождают планеты, пульсары и кометы
В космосе никто не услышит, как вы кричите. Дело в том, что на Земле звук распространяется в виде волн в воздухе. Но в бесконечном пространстве разреженного газа и пыли его просто нет. Однако существуют еще электромагнитные и радиоволны, рентгеновское и гамма-излучение: их принимают антенной и транспонируют в слышимый человеческим ухом диапазон. «Хайтек» рассказывает, как звучат объекты в космосе — от комет, газовых гигантов и экзопланет до красных карликов в последние минуты жизни.
Читайте «Хайтек» в
Человек воспринимает звук в результате интерпретации мозгом сигнала из окружающего мира звуковыми сенсорами — ушами. Барабанная перепонка в ухе улавливает высокочастотные изменения давления воздуха, а мозг обрабатывает полученный сигнал. У звука, который слышит человек, существует диапазон — от 16 до 20 кГц. Все, что выше и ниже этих значений, недоступно для человеческого уха.
Звуковые волны — механические колебания, которые рождаются в среде в результате давления на ее частицы. Благодаря наличию кислорода среда на Земле упругая, а череда ее сжатий и растяжений позволяет звуковой волне распространяться в ней. В космосе ситуация иная: отсутствие кислорода делает невозможным распространение звука в привычном понимании.
Как звучит пульсар
В январе 2018 года радиотелескоп «Аресибо» уловил излучение пульсара PSR B1957 + 20 из созвездия Стрелы в момент супервспышки. Поток энергии уничтожил часть поверхности красного карлика, компаньона пульсара по двоичной системе «Черная вдова».
Пульсар — космический источник радио-, оптического, рентгеновского или гамма-излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков, импульсов. Пульсары представляют собой вращающиеся нейтронные звезды с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения, что вызывает модуляцию приходящего на Землю излучения.
Астрофизики из Университета Торонто конвертировали гамма-излучение пульсара в звук, который способен услышать человек, — и получили красивую мелодию, в которой красный карлик будто просит о помощи.
Музыкальное творчество астрофизиков
Чтобы люди услышали излучение небесных тел, ученым приходится транспортировать электромагнитные волны в звуковые. Результатом таких преобразований является творчество астрономов и физиков, а не хаотичный набор звуков, как в случае с записью падения камня, проезжающего поезда или шума моря.
Электромагнитные волны и другие излучения преобразуют в звук по правилам, которые придумывают сами астрофизики. В них мощность излучения или длина волны соответствуют звуку на определенной частоте или высоте. Этот процесс похож на создание светомузыки — когда тому или иному звуку соответствуют вспышка света или затухание.
Впервые астрофизики преобразовали излучение космических тел в звук в 1996 году. Тогда зонд «Галилео» передал на Землю запись электромагнитных волн, излучаемых крупнейшей планетой в Солнечной системе — Юпитером. Спустя десять лет ученые предположили, что в действительности источником волн стали заряженные частицы на спутнике газового гиганта — Ганимеде.
В январе космический аппарат «Юнона» отправил на Землю запись, которая рассказала о планете куда больше, чем запись излучения, исходящего из окрестностей газового гиганта 12-летней давности.
«Галилео» — автоматический космический аппарат НАСА, созданный для исследования Юпитера и его спутников. Аппарат был запущен в 1989 году. В 1995 году он вышел на орбиту Юпитера и проработал до 2003 года. Это был первый аппарат, вышедший на орбиту Юпитера, изучавший планету длительное время и сбросивший в ее атмосферу спускаемый зонд. Станция передала свыше 30 Гб информации, включая 14 тыс. изображений планеты и спутников, а также уникальную информацию об атмосфере Юпитера. Название станции связано с тем, что именно Галилео Галилей открыл четыре спутника Юпитера в 1610 году.
«Юнона», от англ. Juno, Jupiter Polar Orbiter — автоматическая межпланетная станция НАСА, запущенная 5 августа 2011 года для исследования Юпитера. Это второй проект в рамках программы «Новые рубежи». Выход аппарата на полярную орбиту газового гиганта произошел 5 июля 2016 года. Целью миссии является изучение гравитационного и магнитного полей планеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твердого ядра. Кроме того, аппарат должен заняться исследованием атмосферы планеты — определением содержания в ней воды и аммиака, а также построением карты ветров, которые могут достигать скорости в 618 км/час. «Юнона» продолжит изучение районов южного и северного полюсов Юпитера, начатое АМС «Пионер-11» в 1974 году и АМС «Кассини» в 2000 году.
Зонд записал звук, который рождается в точке соприкосновения магнитных полей Юпитера и Солнца. Это область в пространстве, где заряженные частицы подлетают к Юпитеру на огромных скоростях и начинают замедляться, образуя зону повышенной плотности. Исследовательский аппарат записал звук перехода, который длился около двух часов.
Другим звуком сопровождалось прохождение гелиево-водородной плазмы или солнечного ветра через магнитное поле планеты, при котором частота и высота звука зависели от плотности плазмы.
Звук второй по размерам планеты в Солнечной системе, Сатурна, в 1977 году записал зонд «Кассини», находясь в 377 млн км от газового гиганта. Источником радиоволн ученые назвали области полярного сияния на полюсах планеты, пик которого приходится на период перед рассветом и за несколько минут до полуночи. Энерговыделения при этом варьируются от 7 до 124 ГВт, а полярное сияние длится от нескольких минут до часа. Для сравнения, энерговыделение четырех атомных блоков Чернобыльской АЭС составляло 4 ГВт.
Исходящее от Сатурна излучение отличается от радиоволн Юпитера сложной структурой — большим количеством высоких и низких тонов, а также частым изменением частоты звучания.
Звук пролетающей кометы
14 февраля 2011 года космический аппарат НАСА Stardust записал звук пролетающей кометы Tempel 1. Прибор, установленный на спутнике, записал звук ударов о корпус частиц пыли и небольших камней, в потоке которых летела комета. На аудиозаписи слышны 5 тыс. ударов, зафиксированных за 11 минут — столько времени аппарат и комета находились максимально близко друг к другу.
Спустя 3,5 года года аппарат «Филы» с зонда «Розетта» высадился на поверхность кометы Чурюмова — Герасименко и с помощью прибора Rosetta Plasma Consortium (RPC) записал колебания электромагнитных волн в магнитном поле кометы. Комета звучит на частоте 40–50 мГц, а человеческое ухо не способно его воспринять. Чтобы сделать излучение слышимым, исследователи с помощью магнитометра транспонировали эти данные в звук, увеличив их частоту в 10 тыс. раз. В результате получилось странное чириканье и щелчки.
Спустя год астрофизикам удалось понять, почему комета издает такой звук: дело в потоке заряженных частиц (плазмы), которые бомбардируют комету и вызывают необычные вибрации при прохождении через ее магнитное поле.
Возможно, самый жуткий звук из всех, что можно услышать в космосе, — шум черной дыры. Его воссоздал профессор Массачусетского технического университета Эдвард Морган на основе рентгеновского излучения, исходящего от самой большой черной дыры в Млечном пути — GRS 1915+105 в созвездии Орла.
При транспонировании излучения этого микроквазара в звук получается нота си-бемоль, но находится она на 57 октав ниже обычного звучания и на 47 октав ниже уровня, который может воспринимать человек.
В космосе множество загадок, и многие из них связаны с излучением. Например, астрофизики до сих пор не могут понять природу радиовспышек — ярких импульсов радиоизлучения длительностью в несколько миллисекунд.
Они были зафиксированы впервые в 2007 году группой Дункана Лоримера на австралийском телескопе Паркс. При этом наука не могла точно ответить на вопрос, откуда эти сигналы поступают и что является их источником. Ученые выдвигали множество теорий происхождения этого явления — от излучения сильно намагниченными нейтронными звездами в результате взрыва в сверхмассивных черных дырах до сигналов далеких цивилизаций. Однако до сих пор доподлинно известно лишь то, что они не с Земли.
Вероятно, перевод излучения в звук поможет ответить на некоторые вопросы о происхождении этого и многих других явлений, а мы услышим еще более странные и таинственные звуки Вселенной.
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: