«В космосе никто не услышит твой крик» — эта фраза из фильма «Чужой» стала почти научной аксиомой. Все знают: в вакууме звук не распространяется. Но тогда откуда берутся все эти эпичные взрывы звездолетов в «Звездных войнах»? И почему астрономы иногда говорят о «звуках» черных дыр или Юпитера?
Давайте разберемся, что происходит со звуком в космосе на самом деле. Спойлер: все сложнее, чем кажется.
Почему в вакууме тишина
Начнем с основ. Звук — это колебания, которые передаются от одной частицы к другой. Когда вы говорите, ваши голосовые связки заставляют дрожать молекулы воздуха. Эти молекулы толкают соседние, те — следующие, и так волна доходит до ваших ушей.
Представьте толпу людей на стадионе, которые делают волну. Каждый человек поднимает руки, когда до него доходит очередь, и волна бежит по трибунам. Точно так же работает звук, только вместо людей молекулы воздуха.
А теперь представьте, что на стадионе всего три человека, которые сидят в разных углах. Как они сделают волну? Никак. Им просто не через кого передавать движение.
В космосе примерно такая же ситуация. В межзвездном пространстве в одном кубическом сантиметре находится всего несколько атомов. Этого катастрофически мало для того, чтобы звук мог распространяться так, как мы привыкли.
Космос не совсем пустой
Но вот тут начинается интересное. Космос — не идеальный вакуум. Даже в самых пустых областях между галактиками есть примерно один атом на кубический метр. А в межзвездной среде нашей Галактики плотность может достигать миллиона частиц на кубический сантиметр.
Конечно, это все равно в миллиарды раз меньше, чем в воздухе. Но достаточно для того, чтобы очень медленные и очень длинные волны могли путешествовать в пространстве.
Астрономы обнаружили, что в космосе действительно существуют звуковые волны. Только частоты у них совсем не те, что мы можем услышать. Если человеческое ухо воспринимает звуки от 20 герц до 20 килогерц, то космические «звуки» имеют частоты в миллиарды раз ниже.
Как «поют» планеты и звезды
В 1977 году космические аппараты «Вояджер» зарегистрировали странные радиосигналы от Юпитера. Когда ученые ускорили их воспроизведение и преобразовали в звуковой диапазон, получилось нечто похожее на инопланетную музыку — свисты, щелчки, завывания.
На самом деле это были электромагнитные колебания в магнитосфере планеты. Заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с магнитным полем Юпитера и создают волны, которые можно «услышать», если правильно их обработать.
Подобные «голоса» есть у всех планет с магнитосферами. У Земли тоже — только мы их не слышим, потому что живем внутри системы. Сатурн «поет» как хор, Уран «стонет», а Нептун издает звуки, похожие на музыку из фильмов ужасов.
Черные дыры и их песни
В 2003 году астрономы сделали удивительное открытие. Они обнаружили, что сверхмассивная черная дыра в центре скопления галактик Персей создает звуковые волны в окружающем газе.
Черная дыра выбрасывает струи вещества, которые толкают горячий газ скопления. Получаются волны сжатия и разрежения, то есть самый настоящий звук. Правда, его частота составляет всего одно колебание за 10 миллионов лет.
Если бы мы могли услышать эту ноту, она звучала бы как си-бемоль на 57 октав ниже средней ноты фортепиано. Это самый низкий звук, когда-либо обнаруженный во Вселенной.
Взрывы сверхновых
А что со взрывами? В фантастических фильмах они всегда сопровождаются оглушительным ревом. В реальности взрыв сверхновой, одно из самых мощных событий во Вселенной, в космосе проходит в полной тишине.
Даже если бы рядом с взрывающейся звездой было достаточно вещества для распространения звука, мы бы все равно его не услышали. Звуковые волны распространяются со скоростью примерно 340 метров в секунду, а ударная волна сверхновой летит со скоростью тысяч километров в секунду. Звук просто не успел бы за ней.
Но когда эта ударная волна врезается в облака межзвездного газа, там могут возникать звуковые колебания. Астрономы находят такие области и называют их «звуковыми барьерами» — места, где космические катастрофы оставили акустические следы.
Как мы «слышим» космос
Современная астрономия научилась переводить различные космические сигналы в звук. Радиотелескопы ловят электромагнитные волны и преобразуют их в аудиофайлы. Получается своеобразная музыка космоса.
NASA регулярно публикует такие записи. Есть «голос» Солнца — низкочастотные колебания его поверхности, которые можно ускорить и услышать. Есть «пение» колец Сатурна — взаимодействие частиц льда и пыли с магнитным полем планеты.
Все это, конечно, не настоящие звуки в том смысле, как мы их понимаем. Но они дают нам возможность «услышать» процессы, которые происходят в космосе.
Что если бы звук все-таки распространялся?
Представим на секунду, что космос заполнен воздухом и звук в нем распространяется нормально. Что бы мы услышали?
Солнце ревело бы как реактивный двигатель прямо у вас над ухом — примерно 100 децибел на Земле. Это уровень отбойного молотка. Жизнь на нашей планете была бы невозможна просто из-за постоянного шума.
Взрывы сверхновых были бы слышны на расстоянии тысяч световых лет и оглушали бы все живое. А пролетающие астероиды свистели бы, как снаряды.
К счастью, природа позаботилась о том, чтобы космос оставался тихим местом.
Тишина как защита
Отсутствие звука в космосе — необходимое условие для существования жизни. Если бы мы слышали все, что происходит во Вселенной, мы бы просто сошли с ума от шума.
Космическая тишина позволяет нам сосредоточиться на других способах изучения Вселенной — свете, радиоволнах, гравитационных волнах. И, как ни странно, эти «беззвучные» методы рассказывают нам о космосе гораздо больше, чем мог бы любой звук.
Новые способы «слышать» Вселенную
В последние годы ученые открыли совершенно новый способ «прослушивания» космоса — гравитационные волны. Это рябь пространства-времени, которую создают сталкивающиеся черные дыры или нейтронные звезды.
Детекторы вроде LIGO могут улавливать эти колебания и преобразовывать их в звук. Получается космическая симфония совершенно нового типа — музыка самого пространства-времени.
Когда в 2015 году впервые зарегистрировали слияние двух черных дыр, ученые услышали характерный «чирп» — быстро нарастающий писк. Это был голос события, которое произошло более миллиарда лет назад в далекой галактике.
Космос говорит, но по-своему
Получается, что космос вовсе не беззвучен. Он полон самых разных колебаний, волн, вибраций. Просто говорит он не на том языке, который понимают наши уши.
Планеты поют электромагнитными волнами, черные дыры играют гравитационные мелодии, звезды пульсируют ультранизкими частотами. Это целый оркестр, который мы только-только учимся слышать.
И кто знает — может, через несколько десятилетий у нас появятся технологии, которые позволят в реальном времени слышать симфонию Вселенной. Правда, спать под такую музыку будет довольно сложно.
Подписывайтесь на наш телеграм канал, там еще больше науки и лайфхаков! https://t.me/science_wtf