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
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
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
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.
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.
Источник