Ruum ei ole homogeenne eimiski. Erinevate objektide vahel on gaasi- ja tolmupilved. Need on supernoova plahvatuste jäänused ja tähtede moodustumise koht. Mõnes piirkonnas on see tähtedevaheline gaas piisav alt tihe, et levitada helilaineid, kuid need ei ole inimkuulmisele vastuvõtlikud.
Kas ruumis on heli?
Kui objekt liigub – olgu selleks siis kitarrikeele vibratsioon või plahvatav ilutulestik –, mõjutab see lähedalasuvaid õhumolekule, justkui surudes neid. Need molekulid põrkuvad oma naabritega ja need omakorda järgmistesse. Liikumine levib läbi õhu nagu laine. Kui see jõuab kõrva, tajub inimene seda helina.
Kui helilaine läbib õhku, kõigub selle rõhk üles-alla nagu merevesi tormis. Nende vibratsioonide vahelist aega nimetatakse heli sageduseks ja seda mõõdetakse hertsides (1 Hz on üks võnkumine sekundis). Kõrgeimate rõhutippude vahelist kaugust nimetatakse lainepikkuseks.
Heli saab levida ainult keskkonnas, mille lainepikkus ei ületakeskmine kaugus osakeste vahel. Füüsikud nimetavad seda "tinglikult vabaks teeks" - keskmine vahemaa, mille molekul läbib pärast kokkupõrget ühega ja enne suhtlemist järgmisega. Seega võib tihe keskkond edastada lühikese lainepikkusega helisid ja vastupidi.
Pikkade lainetega helidel on sagedused, mida kõrv tajub madalate toonidena. Gaasi puhul, mille keskmine vaba tee on üle 17 m (20 Hz), on helilained liiga madala sagedusega, et inimesed neid tajuksid. Neid nimetatakse infrahelideks. Kui oleks tulnukaid kõrvadega, kes kuulevad väga madalaid noote, teaksid nad kindl alt, kas helisid on kosmoses kuulda.
Musta augu laul
Umbes 220 miljoni valgusaasta kaugusel, tuhandete galaktikate parve keskel, kostab ülimassiivne must auk, mis kostab madalaimat nooti, mida universum on kunagi kuulnud. 57 oktaavi allpool keskmist C, mis on umbes miljon miljardit korda sügavam kui inimese kuulmine.
Sügavaima heli, mida inimesed kuulevad, tsükkel on umbes üks vibratsioon iga 1/20 sekundi järel. Perseuse tähtkuju musta augu tsükkel on umbes üks võnkumine iga 10 miljoni aasta järel.
See tuli ilmsiks 2003. aastal, kui NASA kosmoseteleskoop Chandra avastas Perseuse klastrit täitvas gaasis midagi: kontsentreeritud valguse ja pimeduse rõngaid, nagu lainetus tiigis. Astrofüüsikud ütlevad, et need on jäljed uskumatult madala sagedusega helilainetest. heledam -need on lainete tipud, kus rõhk gaasile on suurim. Tumedamad rõngad on lohud, kus rõhk on madalam.
Heli, mida näete
Kuum magnetiseeritud gaas keerleb ümber musta augu, nagu vesi, mis keerleks ümber äravoolu. Liikudes loob see võimsa elektromagnetvälja. Piisav alt tugev, et kiirendada gaasi liikumist musta augu serva lähedal peaaegu valguse kiiruseni, muutes selle tohututeks purseteks, mida nimetatakse relativistlikuks joaks. Need sunnivad gaasi oma teel külili pöörama ja see efekt tekitab kosmosest jubedaid helisid.
Nad liiguvad läbi Perseuse klastri sadade tuhandete valgusaastate kaugusel oma allikast, kuid heli võib levida vaid seni, kuni selle kandmiseks on piisav alt gaasi. Seega peatub see Perseuse galaktikaparve täitva gaasipilve serval. See tähendab, et selle heli on Maal võimatu kuulda. Mõju on näha ainult gaasipilvel. See näeb välja nagu helikindla kaameraga läbi kosmose vaatamine.
Kummaline planeet
Meie planeet oikab sügav alt iga kord, kui selle maakoor liigub. Siis pole kahtlust, kas helid kosmoses levivad. Maavärin võib tekitada atmosfääris vibratsioone sagedusega üks kuni viis Hz. Kui see on piisav alt tugev, võib see saata allahelikiirusega laineid läbi atmosfääri kosmosesse.
Muidugi pole selget piiri, kus lõpeb Maa atmosfäär ja algab kosmos. Õhk muutub järk-järgult hõredamaks kuni lõpukskaob üldse. 80–550 kilomeetri kõrgusel Maa pinnast on molekuli keskmine vaba teekond umbes kilomeeter. See tähendab, et sellel kõrgusel on õhk umbes 59 korda hõredam, kui oleks võimalik heli kuulda. See suudab kanda ainult pikki infrahelilaineid.
Kui 2011. aasta märtsis Jaapani kirderannikut raputas maavärin magnituudiga 9,0, registreerisid seismograafid üle maailma selle Maad läbivad lained ja vibratsioon põhjustas atmosfääris madala sagedusega vibratsiooni. Need vibratsioonid on jõudnud sinnani, kus Euroopa Kosmoseagentuuri gravitatsiooniväli ja statsionaarne satelliit Ocean Circulation Explorer (GOCE) võrdlevad Maa gravitatsiooni madalal orbiidil 270 kilomeetri kõrgusega pinnast. Ja satelliit suutis need helilained salvestada.
GOCE pardal on väga tundlikud kiirendusmõõturid, mis juhivad ioontõukurit. See aitab hoida satelliiti stabiilsel orbiidil. 11. märtsil 2011 tuvastasid GOCE kiirendusmõõturid vertikaalse nihke satelliidi ümbritsevas väga õhukeses atmosfääris, samuti õhurõhu lainelisi nihkeid, kui maavärina helilained levivad. Satelliidi tõukurid korrigeerisid nihet ja salvestasid andmed, millest sai midagi maavärina infrahelisalvestuse sarnast.
See kirje oli satelliidiandmetes salastatud, kuni Rafael F. Garcia juhitud teadlaste meeskond selle dokumendi avaldas.
Esimene heli sisseuniversum
Kui oleks võimalik minna ajas tagasi, umbes esimesse 760 000 aastasse pärast Suurt Pauku, saaks teada, kas kosmoses on heli. Sel ajal oli universum nii tihe, et helilained võisid vab alt liikuda.
Umbes samal ajal hakkasid esimesed footonid valgusena läbi kosmose liikuma. Pärast seda jahtus lõpuks kõik piisav alt maha, et subatomaarsed osakesed aatomiteks kondenseerusid. Enne jahtumist täitus universum laetud osakestega – prootonite ja elektronidega –, mis neelasid või hajutasid footoneid, osakesi, millest koosneb valgus.
Täna jõuab see Maale mikrolaine tausta nõrga kumana, mida näevad ainult väga tundlikud raadioteleskoobid. Füüsikud nimetavad seda reliikviat kiirguseks. See on universumi vanim valgus. See vastab küsimusele, kas ruumis on heli. CMB sisaldab salvestust universumi vanimast muusikast.
Valgus abiks
Kuidas aitab valgus meil teada saada, kas kosmoses on heli? Helilained levivad rõhu kõikumistena läbi õhu (või tähtedevahelise gaasi). Kui gaas on kokku surutud, läheb see kuumaks. Kosmilises mastaabis on see nähtus nii intensiivne, et tekivad tähed. Ja kui gaas paisub, siis see jahtub. Varases universumis levivad helilained põhjustasid gaasilises keskkonnas kergeid rõhukõikumisi, mis omakorda jätsid kosmilise mikrolaine taustale peegelduma väikesed temperatuurikõikumised.
Temperatuurimuutuste kasutamine, füüsikaWashingtoni ülikool John Krameril õnnestus taastada need jubedad kosmosehelid – paisuva universumi muusika. Ta korrutas sageduse 1026 korda, et inimkõrvad teda kuuleksid.
Nii et keegi ei kuule kosmoses karjumist, kuid läbi tähtedevahelise gaasipilvede või Maa välisatmosfääri haruldaste kiirte liiguvad helilained.
