Как НАСА записывает звук космоса, если он не распространяется в вакууме
Сегодня сравнительно новым полем для ученых является космос. Мы одновременно знаем про него более чем достаточно, но чаще всего эта информация оказывается либо не совсем корректной, либо и вовсе далекой от правды. Учесть все факторы невероятно сложно, особенно если не забывать про то, что физика космоса заметно отличается от того, что привыкли видеть мы в окружающем нас мире. Каким же образом НАСА борется с этим препятствием? Давайте разбираться.
Физика космоса
В первую очередь важно сказать, что наши знания о физике вне Земли довольно скудны. Истории о том, что в космосе не могут взрываться с яркими вспышками корабли, да и столкновение двух устройств, как в случае «Звездных войн», не произведет столь сильного эффекта, правдивы. Причина в самом понимании, что же такое воздух и как передается звук.
Дело в том, что в окружающей нас среде звуковые волны, которые производим мы или кто-то другой, представляют собой колебание частиц воздуха. При определенном диапазоне этих вибраций человек даже способен их слышать. В космосе же атмосфера максимально разряженная, и если газовые облака и встречаются, их не так много. Как результат, передать звук в такой среде — задача практически нереализуемая, ведь частицы, которые будут ее передавать, находятся друг от друга очень далеко. Однако НАСА сумело разобраться с этим.
Как НАСА решило «взломать» эту проблему
Одним из главных способов извлечь звук из космического пространства является сонификация. Она представляет собой преобразование различных волн, которые часто не имеют никакого отношения к звуку, в звуковые. Так как в космосе полно радиоволн, гравитационных, магнитных и ударных, попытка исследовать их с такой стороны может обернуться успехом. Разумеется, такой ремейк является чисто человеческой инициативой, нашим любопытством, но и какие-то другие данные он тоже способен открывать.
Однако это вовсе не значит, что мы не можем создать для него трек самостоятельно
Так как наш слух способен улавливать определенные паттерны, распознавать их и запоминать, это позволяет создать целую область исследований на основе сонифицированных волн. Таким образом ученые могут строить догадки, обращая внимание на повторяющиеся звуки. Возможно, что такая трактовка окажется для нас более информативной, чем просто исследование незнакомых сигналов из космоса. Во всяком случае, это может стать неплохой альтернативой.
Напомним, что также мы рассказывали про самые пугающие звуки космоса, а также как вообще он звучит для нас.
Источник
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 — это не что иное, как колебания воздуха. Когда эти вибрации находятся в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, мы можем их услышать!
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.
«Сонификация» — это преобразование любых не слуховых данных в звук и аналогично визуализации данных.
Метод преобразования называется Сонификации, если он соответствует определенным критериям:
- Воспроизводимость, т. е. Важные элементы данных остаются неизменными, независимо от условий, при которых проводится Сонификация.
- Данные должны обрабатываться ультразвуком таким образом, чтобы их могли различить даже неподготовленные слушатели.
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:
- Данные о допплеровской скорости, полученные из MDI (доплеровского тепловизора Майкельсона), были усреднены по солнечному диску Солнца.
- Обработка проводилась таким образом, чтобы устранить эффекты движения космического аппарата и паразитные шумы.
- Затем был использован фильтр для выбора чистых звуковых волн.
- Наконец, данные были интерполированы, так что все недостающие места были покрыты.
- Затем данные были масштабированы для соответствия диапазону слышимых частот.
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!
«Гигантские прыжки» — это мелодия, составленная НАСА, которая описывает объем научной активности, связанной с Луной. Каждый звук в музыке существует благодаря данным, которые мы получили. Чем выше шаг в данном разделе, тем больше научных публикаций за этот период.
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.
Наука всегда была многомерной, и человеческое любопытство привело к некоторым поистине удивительным открытиям. Изучение пространства посредством сонификации — это один из таких прорывов, который дал нам силы и позволил заглянуть в глубины космоса, даже несмотря на то, что нам не хватает способности «смотреть» на вселенную.
Источник
Возможно ли услышать звуки в космосе?
Из слогана научно-фантастического фильма ужасов «Чужой» все давно знают: «В космосе никто не слышит, как ты кричишь». Это правда, но только до определенного момента. Разбираемся, возможно ли услышать звуки в космосе.
Есть ли звук в космосе?
Звук распространяется волнами, подобно свету и теплу. Но, в отличие от них, звук движется, приводя в колебание молекулы. Таким образом, для того, чтобы звук имел способность путешествовать, необходимо наличие молекул, через которые он мог бы проходить. На Земле звук распространяется вибрирующими молекулами воздуха. Но на больших пустых участках между звездами и планетами, молекул нет, поэтому звука в космосе не существует.
Но с помощью специальных инструментов шум космоса можно услышать
Различные зонды, предназначенные для проведения исследований, способны захватывать радиоизлучения космических объектов. Эти радиоизлучения затем преобразуются в звуковые волны, и мы можем услышать голос космоса.
NASA записало звуки планет
С 2012 года NASA проводит миссию Van Allen Probes. На датчиках зонда Ван Аллена расположены специально разработанные инструменты, чувствительные как к электрическим, так и к магнитным волнам. Удалось установить, что все планеты звучат по-разному. Магнитосфера Юпитера — мощное магнитное поле, которое простирается на тысячи километров вокруг планеты — отдаленно напоминает шум замерзших озер. А атмосфера луны Сатурна, Титана, похожа на белый шум, исходящий из телевизора.
Где слушать звуки космоса?
НАСА составило плейлист из звуков планет, послушать его можно здесь.
Зачем NASA собирает звуки космоса?
В НАСА записывают звуки космоса не ради того, чтобы слушать их зимними вечерами, а в первую очередь потому, что они помогают понять динамическую космическую среду, в которой мы живем. Электромагнитные волны сталкиваются с электронами вокруг Земли. Некоторые из этих освобожденных электронов могут представлять опасность для космических аппаратов или телекоммуникаций: техника может быть повреждена их мощным излучением. Ученым необходимо знать о такой вероятности для того, чтобы успеть что-либо предпринять.
Источник
«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.
Фото NASA / Unsplash
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
Источник