Наистина ли няма звук в космоса

Отговорът, както винаги, е много по-задълбочен от просто „да“ или „не“.

Но първо нека обсъдим какво представлява звукът и как се разпространява. Звукът е вибрация, която се разпространява в конкретна среда като вълна. Той не може да съществува в идеален вакуум – наистина празна празнота, в която няма нищо, включително частици – защото няма през какво да преминава. По-голямата част от космоса определено е вакуум… но не е съвършен. Слънцето, например, постоянно отделя частици – поток, известен като слънчев вятър, с изключително ниска плътност. Макар че има прилив и отлив в зависимост от активността на звездата, учените изчисляват между 3 и 10 частици на кубичен сантиметър в орбитата на Земята. Дори на върха на Еверест плътността на частиците би била милиарди трилиони.

Макар че плътността е наистина ниска в междупланетното пространство, вълни все пак се разпространяват навсякъде. Космическите мисии „Вояджър“ вече са напуснали Слънчевата система, но десетилетното им пътуване между планетите им позволи да измерят вълните, които се движат през плазмата, освобождавана от Слънцето като слънчев вятър.

Първоначално при освобождаването си този вятър е изключително горещ и се движи с висока скорост. След това той се охлажда и придобива по-ниска плътност. Както споменахме, звуковите вълни са просто вълни, които се движат през някаква среда – и междупланетната плазма може да бъде такава среда. На орбитата на Земята, която се намира на 150 милиона километра от Слънцето, скоростта на звука е около 50 километра в секунда.

Агрегатните състояния и преходите между тях

Плазмата и скоростта на звука

Плазмата е мястото, където общоприетите ни знания за звуковите вълни почти се разпадат. Може би сте учили в училище, че звукът се разпространява по-бързо в течност, отколкото в газ, и въобще по-бързо в твърди тела, отколкото в течности. Класически пример е сравнението между скоростта във въздуха – около 340 метра в секунда, във водата – 1480 метра в секунда, и в желязото – 5120 метра в секунда. Но в сравнение с плазмата тези скорости са нищожни.

Причината за разликата е, че можете да интерпретирате звуковите вълни като смущения в налягането, които се движат в среда. Без да навлизаме в детайли, скоростта на звука ще зависи от налягането (както и от температурата) и ще бъде обратно пропорционална на плътността. Така че имаме нещо, което е голямо (горещо), разделено на нещо, което е малко (плътност), което, разбирате, прави скоростта на звука в плазмата много по-голямо число.

Но въпреки че скоростта на звука в плазмата е голяма, слънчевият вятър се движи по-бързо от нея. Частиците в слънчевия вятър се движат с различни скорости – от около 200 до 750 км в секунда. Така че вятърът по своята същност е свръхзвуков – което в крайна сметка създава някои забавни ефекти в цялата Слънчева система. Нещо доста любопитно е, че плазмените вълни, които пристигат на Земята от Слънцето, имат честота в звуковия спектър, която варира от около 20 херца до 20 килохерца – точно звуковият спектър, които хората можем да възприемем.

Означава ли това, че бихме могли да чуем звука на тези вълни? Ами не точно. „Има твърде малко плазма, за да можем да чуем звука директно“, казва д-р Найджъл Мередит, учен, които се занимава с изследване на космическото време в Британската антарктическа служба. „Но тези вълни имат ефект върху Земята, който ни позволява да ги чуем.“

„Това явление е интересно все пак, защото когато слизат на Земята, те се насочват от земното магнитно поле в йоносферата високо горе и се превръщат в радиовълни“, продължава д-р Мередит. „Така че имаме това преобразуване от плазма в радиовълни, които след това превръщаме обратно в звук.“ Честотите на тези вълни не се променят, променя се само средата, в която те се движат.

Да чуеш как се ражда звезда

Плазмените вълни се срещат навсякъде във Вселената, където има плазма. И като се има предвид, че тя е най-разпространеното състояние на материята в космоса, това означава, че те са навсякъде. Скоростта на звука в различните агрегати на газа в пространството между звездите, и плазмените турбуленции в този газ, имат огромно значение за раждането на тези звезди.

Те се раждат от големи облаци молекули. С течение на времето газът в тези облаци се охлажда, съответно районите, в които е по-хладен, са по-плътни и когато преминат определена плътност, те се разрушават под действието на собствената си гравитация – именно което ги превръща в звезда. Скоростта на този процес в големите молекулярни облаци е доста неефективна: само 1% от газа се превръща в звезди и астрономите смятат, че това се дължи на турбулентността – хаотичните промени в наляганията и скоростите на съответната среда. Като измерват тези движения и скоростта на звука в плазмата, учените могат да преценят колко нови звезди се раждат.

Но звуците не спират да звучат и след раждането на звездите. Вътрешността им е пълна с вълни, които се движат със звукова скорост, точно както земетресенията се разпространяват на Земята. В областта на астеросеизмологията тези трептения се използват за изучаване на вътрешността на звездите. Една цигулка звучи като цигулка заради формата си и затова звездите също могат да се характеризират по уникалните им звуци. Астрономите могат да измерят тези звуци, като наблюдават малки промени в яркостта на звездата: резонансните трептения предизвикват малки, но очевидни промени в количеството светлина, което получаваме от звезда.

Така този подход може да се използва за измерване на масата и възрастта й.

Това е изключително полезно, тъй като възрастта и масата са от значение както за отделната звезда, така и за разглеждането на свойствата на звездите като група. Астеросеизмологията е инструмент, който буквално може да стигне още по-надълбоко: различните вибрации могат да достигнат до слоеве на различна дълбочина. Разбира се, подобни техники могат да бъдат приложени и към Слънцето.

Най-дълбокият тон в космоса

Ако тези вибрации на Слънцето не ви приличат достатъчно на звук, не се притеснявайте. Има нещо, което може да издава истински музикални ноти: свръхмасивните черни дупки. Както в клъстера Дева, така и в клъстера Персей има централна галактика с активна свръхмасивна черна дупка, която генерира мехури от плазма, движещи се със скорост, близка до тази на светлината. Тези пулсации са концентрични и са разположени на разстояние милиони години. В случая с клъстера Персей нотата е ла мажор. За съжаление пулсациите се появяват на всеки 9,6 милиона години, което прави тази нота най-дълбоката във Вселената, 57 октави под средното до и далеч под нивото, което хората могат да чуят.

Не можем да споменем черните дупки, без да споменем сливанията и излъчването на гравитационни вълни. Те също са вибрации (на самото пространство-време, а не на средата), които физиците са озвучили във видеото по-горе.

Всичко това е много хубаво – но можем ли да чуем звуци, докато сме в космоса?

Това е въпрос на местоположение, но също така и на състав на атмосферата. Ако приемем, че можем да оцелеем при адските температури, киселинните условия или невероятното налягане, това ни дава широк спектър от места в Слънчевата система, където бихме могли да чуем извънземни звуци. Всички планети (с изключение на Меркурий) и луната на Сатурн Титан имат значителна атмосфера. Ако разглеждаме само гигантските планети, Уран и Нептун ще имат по-бавна скорост на звука от Сатурн и Юпитер, защото те са по-студени.

Изследователите смятат, че оборудването на сонда с микрофон и изпращането ѝ под повърхността на планетите може действително да даде представа за различните им слоеве поради промените в скоростта на звука. Такава мисия обаче не е планирана.