Raum ist kein homogenes Nichts. Zwischen verschiedenen Objekten befinden sich Gas- und Staubwolken. Sie sind die Überreste von Supernova-Explosionen und der Ort der Sternentstehung. In einigen Gebieten ist dieses interstellare Gas dicht genug, um Schallwellen auszubreiten, aber sie sind für das menschliche Gehör nicht empfänglich.
Gibt es Geräusche im Weltraum?
Wenn sich ein Objekt bewegt – sei es die Vibration einer Gitarrensaite oder ein explodierendes Feuerwerk – wirkt es auf Luftmoleküle in der Nähe, als würde es sie anschieben. Diese Moleküle prallen auf ihre Nachbarn und diese wiederum auf die nächsten. Bewegung breitet sich wie eine Welle durch die Luft aus. Wenn es das Ohr erreicht, nimmt die Person es als Schall wahr.
Wenn eine Schallwelle Luft durchdringt, schwankt ihr Druck auf und ab wie Meerwasser in einem Sturm. Die Zeit zwischen diesen Schwingungen wird Schallfrequenz genannt und in Hertz gemessen (1 Hz ist eine Schwingung pro Sekunde). Der Abstand zwischen den höchsten Druckspitzen wird als Wellenlänge bezeichnet.
Schall kann sich nur in einem Medium ausbreiten, in dem die Wellenlänge nicht größer als istdurchschnittlicher Abstand zwischen Partikeln. Physiker nennen dies „bedingt freie Straße“– die durchschnittliche Distanz, die ein Molekül zurücklegt, nachdem es mit einem Molekül kollidiert und bevor es mit dem nächsten wechselwirkt. Somit kann ein dichtes Medium kurzwellige Töne übertragen und umgekehrt.
Langwellentöne haben Frequenzen, die das Ohr als tiefe Töne wahrnimmt. In einem Gas mit einer mittleren freien Weglänge von mehr als 17 m (20 Hz) haben die Schallwellen eine zu niedrige Frequenz, um von Menschen wahrgenommen zu werden. Sie werden Infraschall genannt. Gäbe es Außerirdische mit Ohren, die sehr tiefe Töne hören können, wüssten sie mit Sicherheit, ob im Weltall Geräusche zu hören sind.
Schwarzes-Loch-Lied
Ungefähr 220 Millionen Lichtjahre entfernt, im Zentrum einer Ansammlung von Tausenden von Galaxien, summt ein supermassereiches Schwarzes Loch den tiefsten Ton, den das Universum je gehört hat. 57 Oktaven unter dem mittleren C, was etwa eine Million Milliarden Mal tiefer ist als das menschliche Gehör.
Der tiefste Ton, den Menschen hören können, hat einen Zyklus von etwa einer Schwingung alle 1/20 Sekunde. Ein Schwarzes Loch im Sternbild Perseus hat alle 10 Millionen Jahre einen Zyklus von etwa einer Schwingung.
Dies kam 2003 ans Licht, als das Chandra-Weltraumteleskop der NASA etwas in dem Gas entdeckte, das den Perseus-Cluster füllte: konzentrierte Ringe aus Hell und Dunkel, wie Wellen in einem Teich. Astrophysiker sagen, dass dies Spuren von unglaublich niederfrequenten Schallwellen sind. heller -Dies sind die Spitzen der Wellen, wo der Druck auf das Gas am größten ist. Die dunkleren Ringe sind Vertiefungen, in denen der Druck geringer ist.
Ton, den Sie sehen können
Heißes, magnetisiertes Gas wirbelt um ein Schwarzes Loch, wie Wasser, das um einen Abfluss wirbelt. Wenn es sich bewegt, erzeugt es ein starkes elektromagnetisches Feld. Stark genug, um Gas in der Nähe des Randes eines Schwarzen Lochs auf fast Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und es in riesige Explosionen zu verwandeln, die als relativistische Jets bezeichnet werden. Sie zwingen das Gas, sich auf seinem Weg seitwärts zu drehen, und dieser Effekt verursacht unheimliche Geräusche aus dem All.
Sie reisen Hunderttausende von Lichtjahren von ihrer Quelle entfernt durch den Perseus-Cluster, aber Schall kann sich nur so lange ausbreiten, wie genügend Gas vorhanden ist, um ihn zu transportieren. Sie hält also am Rand der Gaswolke an, die den Perseus-Galaxienhaufen füllt. Das bedeutet, dass es unmöglich ist, seinen Klang auf der Erde zu hören. Sie können nur die Wirkung auf die Gaswolke sehen. Es sieht aus, als würde man durch den Weltraum in eine schalldichte Kamera schauen.
Seltsamer Planet
Unser Planet stöhnt jedes Mal tief auf, wenn sich seine Kruste bewegt. Dann besteht kein Zweifel, ob sich Schall im Raum ausbreitet. Ein Erdbeben kann in der Atmosphäre Schwingungen mit einer Frequenz von ein bis fünf Hz erzeugen. Wenn es stark genug ist, kann es Unterschallwellen durch die Atmosphäre in den Weltraum senden.
Natürlich gibt es keine klare Grenze, wo die Erdatmosphäre endet und der Weltraum beginnt. Die Luft wird nur allmählich dünner, bis schließlichverschwindet ganz. Von 80 bis 550 Kilometer über der Erdoberfläche beträgt die mittlere freie Weglänge eines Moleküls etwa einen Kilometer. Das bedeutet, dass die Luft in dieser Höhe etwa 59-mal dünner ist, als es möglich wäre, Schall zu hören. Es kann nur lange Infraschallwellen übertragen.
Als im März 2011 ein Erdbeben der Stärke 9,0 die Nordostküste Japans erschütterte, zeichneten Seismographen auf der ganzen Welt seine Wellen auf, die durch die Erde zogen, und die Vibrationen verursachten niederfrequente Vibrationen in der Atmosphäre. Diese Vibrationen haben den ganzen Weg dorthin zurückgelegt, wo das Gravity Field der Europäischen Weltraumorganisation und der stationäre Satellit Ocean Circulation Explorer (GOCE) die Schwerkraft der Erde in einer niedrigen Umlaufbahn mit 270 Kilometern über der Oberfläche vergleichen. Und der Satellit konnte diese Schallwellen aufzeichnen.
GOCE hat sehr empfindliche Beschleunigungsmesser an Bord, die das Ionentriebwerk steuern. Dies hilft, den Satelliten in einer stabilen Umlaufbahn zu h alten. Am 11. März 2011 entdeckten die Beschleunigungsmesser von GOCE eine vertikale Verschiebung in der sehr dünnen Atmosphäre um den Satelliten herum sowie wellenförmige Verschiebungen des Luftdrucks, wenn sich Schallwellen von einem Erdbeben ausbreiten. Die Triebwerke des Satelliten korrigierten den Versatz und speicherten die Daten, die zu einer Art Erdbeben-Infraschallaufzeichnung wurden.
Dieser Eintrag wurde in den Satellitendaten klassifiziert, bis ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Rafael F. Garcia dieses Dokument veröffentlichte.
Der erste Ton drinUniversum
Wenn es möglich wäre, in die Zeit zurückzugehen, etwa in die ersten 760.000 Jahre nach dem Urknall, könnte man herausfinden, ob es Geräusche im Weltraum gibt. Damals war das Universum so dicht, dass sich Schallwellen frei ausbreiten konnten.
Ungefähr zur gleichen Zeit begannen die ersten Photonen als Licht durch den Weltraum zu reisen. Danach kühlte schließlich alles so weit ab, dass subatomare Teilchen zu Atomen kondensieren konnten. Vor der Abkühlung war das Universum voller geladener Teilchen – Protonen und Elektronen –, die Photonen, die Lichtteilchen, absorbierten oder streuten.
Heute erreicht es die Erde als schwaches Leuchten des Mikrowellenhintergrunds, das nur mit sehr empfindlichen Radioteleskopen sichtbar ist. Physiker nennen dieses Relikt Strahlung. Es ist das älteste Licht im Universum. Es beantwortet die Frage, ob es Schall im Raum gibt. Das CMB enthält eine Aufnahme der ältesten Musik des Universums.
Licht hilft
Wie hilft uns Licht zu wissen, ob es Geräusche im Weltraum gibt? Schallwellen breiten sich als Druckschwankungen durch Luft (oder interstellares Gas) aus. Wenn das Gas komprimiert wird, wird es heißer. Auf kosmischer Ebene ist dieses Phänomen so intensiv, dass sich Sterne bilden. Und wenn sich das Gas ausdehnt, kühlt es ab. Schallwellen, die sich durch das frühe Universum ausbreiteten, verursachten leichte Druckschwankungen in der gasförmigen Umgebung, die wiederum subtile Temperaturschwankungen hinterließen, die sich im kosmischen Mikrowellenhintergrund widerspiegelten.
Using Temperaturänderungen, PhysikJohn Kramer von der University of Washington gelang es, diese unheimlichen Klänge aus dem Weltraum wiederherzustellen – die Musik des expandierenden Universums. Er multiplizierte die Frequenz mit 1026 Mal, damit menschliche Ohren ihn hören konnten.
Also hört niemand wirklich den Schrei im Weltraum, aber es wird Schallwellen geben, die sich durch interstellare Gaswolken oder in den verdünnten Strahlen der äußeren Atmosphäre der Erde bewegen.
