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.