Звуковые волны в вакууме не могут существовать, потому что вакуум по определению — это пустое пространство, а звук — это продольные волны плотности, которые представляют собой области ее сжатия и разрежения. Однако «Природа не терпит пустоты», как писал Аристотель, и даже в вакууме присутствует вещество в малых концентрациях. Так все-таки можно ли услышать, как звучит космос?
По определению звуковые волны — это продольные колебания среды, в отличие от поперечной световой волны, которая может проходить и в вакууме, где среда отсутствует. Чем плотнее вещество, тем быстрее распространяются звуковые волны. Это происходит потому, что молекулы в таких средах находятся значительно ближе друг к другу и звуковой волне легче и быстрее пробежать по такой конфигурации вещества.
Концентрация атомов в пустом космическом пространстве очень низкая – порядка одного атома в см^3. Это в основном атомы водорода, которые находятся при температуре T = 2,7 К, что дает частоту звуковых волн меньше 10^{-9} Гц.
Подробнее о том, абсолютно ли пустой вакуум можно прочитать здесь.
Однако звуковые волны можно наблюдать в различных космических объектах – звёздах, планетах, астероидах. Именно по сейсмическим и звуковым волнам можно понять внутренний состав объекта и его строение. В твердых телах могут распространяться не только продольные волны (p-волны), которые являются обычными звуковыми колебаниями, но еще и поперечные сдвиговые s-волны, которые вызывают деформацию среды поперек своего распространения. Так внутреннее строение было определено на Луне и Земле.
Звезды тоже могут издавать своего рода музыку. Звуки, исходящие из ядра большой звезды являются высокочастотными. Скорость звука самая большая у низкочастотных колебаний и до поверхности доходят именно они. Поэтому внешние оболочки звёзд гудят и басят. Звуки также зависит от размера звезды – чем она меньше, тем более высоко-частотные звуки доходят до её поверхности, а чем больше звезда – тем больше она может позволить себе низких частот с длинными волнами. При этом звук звезд не регистрируется непосредственно датчиками поверхности звезд, разумеется, датчики бы не выдержали таких температур — он улавливается по характерны колебаниям и волнам во внешних оболочках звезд.
Звуковые колебания можно определить и в газо-пылевых туманностях, протопланетых дисках и многих других частях Вселенной, везде, где есть достаточно плотные области межзвездной пыли и газ.
То есть, звуковые волны есть и в космосе — там, где нет пустоты, а наблюдается вещество. И даже в начале зарождения нашей Вселенной можно было наблюдать барионные акустические колебания – то есть колебания барионной материи ранней Вселенной, которые также являлись продольными волнами плотности.
Итог — где есть какая-то плотность, есть и звук.
Видео о распространении звуковых волн на земле и в космосе.
Бонус в конце видео – играю на блокфлейте носом ))
Звуки в космической плазме
Оказывается, можно услышать, как звучит заряженная пыль! Хотя это только умозрительно, хоть колебания пыли находится на частот ах, занимающих диапазон от 1 до 60 Гц, в зависимости от параметров пылевой плазмы, ухо в плазму лучше не засовывать.
При данных частотах оказываются важными колебания даже самый тяжелый и медленный пыли в сравнении с колебаниями более лёгких ионов и самых лёгких и мобильных электронов.
Вообще, в плазме существует несколько типов «звуковых волн», согласно слышимому человеком диапазону частот, на котором они колеблются. Например, ионный звук в зависимости от параметров плазмы его можно уловить в диапазоне порядка нескольких килогерц.
Еще есть магнитозвуковые волны, которые появляются только в присутствие магнитного поля в плазме.
Мультфильм об ионно-звуковых волнах. Играют Электроны и Ионы (белые и желтые частицы, соответственно).
Оказывается, космос звучит совсем не так, как представляется в «космической» музыке.
К вопросу музыки и звуков — ссылка на альбом, вдохновленный космическими исследованиями.