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 «звучит» космос
Сохранить и прочитать потом —
Звук – это физическое явление, которое представляет собой упругие волны, распространяющиеся в определенной среде. В узком смысле под звуком понимают колебания, воспринимаемые органами слуха животных и человека. Барабанная перепонка в нашем ухе улавливает высокочастотные изменения давления воздуха, а мозг обрабатывает полученный сигнал.
В космосе мы ничего не слышим, поскольку там нет подходящей для распространения звука среды. Однако мы узнаем, если недалеко от нашей планеты произойдет вспышка сверхновой, – «взрыв» будет результатом деформирования атмосферы Земли под действием света.
Однако если речь идет об электромагнитных колебаниях, которые человек воспринимать не способен, то их преобразование в звуковой формат может дать интересные и ценные результаты. Например, в этом видео NASA обработала полученные сигналы с разных планет:
На Geektimes уже рассказывали об аккаунте NASA в SoundCloud, приоткрывающий дверь в мир «космических» звуков (например, была опубликована оцифрованная запись звуков с золотой пластинки «Вояджера»), и приводили синтезированную запись звука с Венеры в качестве примера того, что можно записать на поверхности планеты.
Но вернемся к «звучащим планетам». Радиоволны, испускаемые небесными телами, можно считать с помощью специального прибора – интерферометра.
Интерферометры широко используются в астрономии для создания радио- и оптических телескопов с высоким разрешением. Примером может служить гигантский радиотелескоп ALMA, состоящий более чем из 66 антенн, распределенных по большой площади, которые принимают радиоволны, излучаемые астрономическими объектами.
Принцип работы астрономического интерферометра заключается в следующем: предположим, что две антенны направлены в сторону космического тела X. Поскольку радиоволны перемещаются в космическом пространстве с постоянной скоростью, то радиоволны от объекта X достигнут отставленных на определённое расстояние друг от друга антенн в разные моменты времени. После этого сигналы двух антенн можно будет проинтерферировать и выделить из результирующего сигнала желаемую информацию об источнике.
Оптические телескопы, как и наши глаза, несовершенны и позволяют производить наблюдения лишь в видимом диапазоне излучения. ALMA же был специально разработан для регистрации длинных волн. Благодаря этому ученые получили возможность заглянуть в самые далекие уголки Вселенной, скрытые от наших глаз облаками газа и космической пыли.
Международная космическая станция – это еще один проект, целью которого является расширение наших познаний о космосе. И вот интересный вопрос, а как звучит МКС? Эксперты, занимающиеся тренировкой астронавтов для полетов на станцию, говорят, что на там все звучит точно так же, как и на Земле.
Сама Международная космическая станция состоит из модулей, а её внутреннее пространство напоминает узкие коридоры цилиндрической формы. Всего модулей 14, в каждом из которых находятся исследовательские лаборатории, хозяйственные помещения, склады, спальные места, тренажеры. В связи с этим МКС является достаточно шумным местом: вентиляторы неустанно прогоняют воздух по всей станции. Все это напоминает несколько десятков «перегруженных» процессами компьютеров, чьи кулеры вращаются с бешеной скоростью и создают достаточно сильный гул.
Помимо вентиляторов на МКС имеется ещё большое количество насосов, компрессоров и других устройств, издающих звуки, например специальный космический тренажер ARED, в котором хитрая система цилиндров, рычагов и дисков обеспечивает нагрузку до 600 кг. Космонавтам нужно тренироваться, а поднимать обычную штангу в космосе неудобно, да и бесполезно.
Уровень шума на МКС варьируется от 58 до 72 децибел (максимум 80). Конечно, все части станции звучат по-разному: уровень шума на МКС можно оценить по видео ниже (обратите внимание, как изменяется звук на 24 минуте при переходе в русский космический модуль).
Если вам не по душе видеотуры по станции, то специально для вас астронавт Крис Хэдфилд (Chris Hadfield) загрузил на SoundCloud несколько аудиотреков, записанных в различных частях МКС. Более того, он даже записал песню, аккомпанируя себе на гитаре.
Многие музыкальные композиции способны очень точно передать ощущение космоса и погрузить нас в космическое настроение за считанные секунды. Кто-то считает, что наибольшее количество космических ассоциаций связаны с песнями Дэвида Боуи. Слушая их, вы словно отправляетесь в далекое путешествие.
Другие советуют обратить внимание на классические произведения Густава Холста «Планеты»:
Есть и еще более интересные варианты:
Или приложение «Inception», о котором рассказывал Wired:
Источник
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:
Источник