Разборы мифов о фантастических фильмах или школьные уроки физики крепко-накрепко записали у вас в голове, что космос - это пустая среда. Пространство там заполнено вакуумом, а потому и распространение звука невозможно.
Даже на обложке легендарных "Чужих" 1979 года и в названии самого фильма красуется фраза: "В космосе никто не услышит твой крик!" Собственно, эта идея распространилась и на абсолютно все ситуации, где есть космическая пустота и источник звука. Но секрет в том, что это ещё одно красивое упрощение действительности и вновь я скажу вам - вы ошибались, ориентируясь на широко распространённое предубеждение. Физика куда интереснее, а реальная картина сложнее!
Давайте начнём с простого. Строго говоря, звук - это механическая упругая волна, распространяющаяся в материальной среде за счёт колебаний частиц. На Земле такой средой служит воздух, вода или твёрдые тела. Колеблющаяся среда позволяет передавать механическую энергию в виде той самой звуковой волны и, если хватает энергии, то волна доходит по среде до слушателя.
В таком контексте и правда разумно полагать, что пустота вакуума и условия космической среды не позволят звуку распространяться. Колебаться нечему, а значит и звука нет.
Однако космос не является абсолютно пустым. Под абсолютной пустотой обычно понимают отсутствие всякой материи. Это технически невозможно и такое описание относится к теоретической идеализации реальности. Более того, если мы и правда сможем убрать то, что относится к веществу, всегда останется и более глубокий уровень разных материй - поля, квантовые флуктуации и много чего ещё.
В нашем случае всё ещё проще. Межзвёздное пространство заполнено разреженной плазмой - смесью ионизированных атомов, электронов и протонов, а также пронизано магнитными полями и потоками частиц, такими как солнечный ветер.
Это продукт эволюции звёзд и галактик. Основной вклад дают звёзды. Они теряют вещество в виде звёздного ветра (как это делает и наше Солнце), а на поздних стадиях жизни сбрасывают оболочки или взрываются как сверхновые, выбрасывая в пространство огромное количество ионизированного газа. Кроме того, мощное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение горячих звёзд и квазаров ионизирует уже существующий межзвёздный газ, превращая его в плазму.
Магнитные поля формируются и усиливаются за счёт движения проводящей плазмы внутри галактик, а потоки частиц - это результат непрерывной активности звёзд и ударных волн. В итоге межзвёздное пространство - это совсем не пустота, а динамическая среда, постоянно подпитываемая энергией и веществом звёздной эволюции.
Плотность вещества там чрезвычайно мала - иногда всего несколько частиц на кубический сантиметр. Но это точно не ноль. А значит, в определённом смысле среда всё же существует.
В такой разреженной плазме могут распространяться волны давления и плотности - аналоги звуковых волн. Их называют акустическими или магнитозвуковыми волнами.
Они возникают, например, при взрывах сверхновых, при взаимодействии солнечного ветра с межзвёздной средой или внутри горячего газа скоплений галактик. Эти события по сути аналог источника самого обычного звука.
Скорость распространения таких волн определяется температурой и плотностью плазмы и может достигать сотен километров в секунду. Однако из-за крайне малой плотности межзвёздной среды длины волн там огромны, а частоты очень низки, часто намного ниже диапазона человеческого слуха.
Возмущения могут существовать только на масштабах, значительно превышающих среднюю длину свободного пробега самих частиц (расстояние между их столкновениями). В межзвёздной среде это расстояние может достигать километров и больше, поэтому коротковолновые колебания просто не "собираются" в устойчивую волну. Частицы слишком редко взаимодействуют, чтобы поддерживать быстрые чередования сжатий и разрежений.
В результате распространяются лишь очень длинные, медленные пульсации плотности с низкими частотами, а поскольку длина волны связана со скоростью распространения соотношением, при большой скорости плазменных волн и чрезвычайно малых частотах длина волны естественно получается гигантской.
Поэтому даже если бы мы находились в открытом космосе (что само по себе невозможно без защиты), наши уши не смогли бы воспринять эти колебания.
Тем не менее космические аппараты способны регистрировать подобные волны. Например, прибор Plasma Wave Instrument на борту космического аппарата "Вояджер-1" зафиксировал колебания плотности плазмы за пределами гелиосферы. Эти данные затем были преобразованы в аудиоформат - процесс, называемый сонификацией.
Фактически приборы измеряют изменения электрических и магнитных полей или плотности заряженных частиц, а затем исследователи переводят полученные сигналы в диапазон слышимых частот. То, что мы «слышим» в подобных записях - это не прямой звук в воздухе, а математически преобразованные колебания космической плазмы.
Но можно ли таким образом услышать человеческий крик в космосе? Если человек закричит в открытом межпланетном пространстве без скафандра, звук действительно практически не сможет распространяться, поскольку вокруг него недостаточно плотной среды для передачи колебаний. Звуковая волна быстро затухнет на расстоянии всего нескольких молекулярных столкновений. Даже если поблизости окажется космический аппарат, его приборы не зарегистрируют привычную акустическую волну - просто потому, что её не будет в классическом смысле.
Однако если человек кричит внутри герметичной среды, например, внутри космического корабля или скафандра, звук прекрасно распространяется через воздух и твёрдые конструкции. Более того, вибрации могут передаваться по металлу корпуса как упругие волны, и их теоретически можно зарегистрировать чувствительными датчиками.
Существует ещё один гипотетический сценарий. Если бы рядом находился сверхчувствительный прибор, способный фиксировать мельчайшие колебания плазмы, и если бы голос человека каким-то образом смог возмутить окружающую разреженную среду, то эти изменения можно было бы усилить и преобразовать в звук. Но на практике плотность межпланетной среды настолько мала, что человеческий голос не способен вызвать в ней измеримое возмущение.
Энергия крика ничтожна по сравнению с масштабами и динамикой космической плазмы.
В этом смысле утверждение "в космосе никто не услышит ваш крик" верно в бытовом смысле. В открытом космосе звук человеческого голоса не распространяется. Но в более строгом физическом смысле космос вовсе не является абсолютной тишиной.
В нём существуют волны давления, плазменные и магнитозвуковые колебания, которые можно регистрировать приборами и преобразовывать в слышимый диапазон. Мы не можем услышать их напрямую, но наука позволяет нам буквально "озвучить" Вселенную, превращая её колебания в звук.
Более того, если создать колоссально мощный источник, способный вызвать измеримое сжатие космической плазмы на огромных масштабах, то мы сможем передавать так звук через вакуум. Вот только энергия человеческого голоса на этом фоне ничтожна по сравнению даже с колебаниями солнечного ветра.
⚠️ Пишу большой научпоп курс про загадки материи - добро пожаловать сюда.
Не забывайте ставить лайки статье! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами!