Zvuk cestuje vesmírem

• Duben 27, 2024

Vesmírné bitvy ve filmech jsou hlučné záležitosti s výbuchy a výbuchy zasáhly lodě. Ale zvuk by opravdu cestoval vesmírem? Jednoduchá odpověď zní ne. Přesto je toho víc než to.

Co je zvuk?
Zvuk je druh energie. Vyrábí se, když něco vibruje. Ať už způsobuje vibrace, jako je váš hlas, je zdroj zvuku. Zvuk se pohybuje od zdroje vzduchem nebo jiným materiálem.

Molekuly vzduchu se hučí vysokou rychlostí, takže jsou celkově rovnoměrně rozprostřeny. Ale co když se rozhodnete hrát na kytaru? Řetězce vibrují. Jak se struna pohybuje směrem ven, tlačí molekuly okolního vzduchu k sobě. Tím se vytvoří oblast, kde jsou molekuly hustší. Když se řetězec pohybuje zpět, zanechává oblast s menším množstvím částic, takže je méně hustý.

Vibrace se šíří směrem ven, protože oblasti střídání vysoké a nízké hustoty mění hustotu molekul vedle nich a tak dále. Zde se zobrazuje způsob, jakým se hustota mění v průběhu zvukové vlny. Rozdílné hustoty způsobují malé změny tlaku vzduchu a naše uši jsou na ně citlivé. Naše mozky je interpretují jako zvuky.

Frekvence zvuku nám říká, jak často vlny přicházejí. Čím nižší je frekvence, tím nižší je hřiště. Nejnižší zvuk, který lidské ucho detekuje, je dvacet vln za sekundu.

Vesmírné bitvy - hlučné nebo tiché?
Protože zvuk potřebuje částice, aby přenášel vibrace, nemůže cestovat ve vakuu. Tato ukázka ukazuje, co se stane s zvonkem ve sklenici, když je vzduch vyčerpán. Jak vzduch vytéká, zvuk mizí. Nemohou dostat veškerý vzduch ven, takže můžete slyšet slabý zvuk, který se hlasitěji zvyšuje, když vzduch vrací zpět.

Kdybychom sledovali vesmírnou bitvu, neslyšeli bychom explozi, když byla zasažena loď - pokud bychom v ní nebyli! V tom případě by zvuk mohl proniknout trupem a vzduch uvnitř by jej nesl dále.

Astronauti
Protože Měsíc nemá žádnou atmosféru, astronauti na povrchu komunikují rádiem. Rádiové vlny jsou elektromagnetické záření jako světlo, takže je nepotřebují k přenášení částic. Pokud by byli dva astronauti blízko sebe, mohli by mluvit přímo dotykem přileb, aby přenesli zvuk. To dělají podvodní potápěči v přilbách.

Hlučné slunce
Vibrace jsou zvukové a Slunce neustále vibruje. Tyto vibrace jsou vytvářeny konvekcí těsně pod povrchem Slunce. Konvekce je způsob, jakým teplo putuje v tekutině (kapalině nebo plynu). Hřejší, méně hustý materiál stoupá a chladnější, hustší materiál klesá. Konvekce je, jak voda vaří na sporáku. Vidíte, jak velké bubliny stoupají a lámají se, když dopadnou na povrch, a voda je velmi rozrušená.

Něco podobného se děje na slunci, ale nemůžeme to slyšet. Zvukové vlny k nám necestují vesmírem a frekvence je pro lidské uši příliš nízká. In-a-out pohyby vibrací však mohou být detekovány speciálním nástrojem na kosmické lodi SOHO (Solar and Heliospheric Observatory).

Je prostor vakuum?
Víme, co to je zvuk, tak se teď zamyslíme nad tím, co je to vakuum. Dokonalé vakuum by v něm neobsahovalo žádné částice. Nic z toho nevíme. Dokonce i nejlepší laboratorní vakuum na Zemi má několik stovek částic na centimetr krychlový. To může znít jako hodně, ale pamatujte si, že to tak je velmi malé částice. Každý kubický centimetr vzduchu, který dýcháte, obsahuje asi třicet metrických částic. (To je 3 následované 19 nulami!) I v prostoru mezi hvězdami je v každém centimetru krychlovém kolem pět částic a v mlhovinách je jich víc.

Zpívající černá díra
Viděli jsme, že Sluneční akustické (zvukové) vlny se nedostanou příliš daleko, ale samotné vibrace mohou být detekovány vizuálně. V roce 2003 však tým astronomů z anglického Cambridge v Anglii pozoroval tlakové vlny - v podstatě zvukové vlny - přicházející z černé díry v kupě galaxií Perseus vzdáleném asi 250 milionů světelných let.

Černá díra nenasaje hmotu, jako by někdo pil slámou. Plyn a další materiál ho obíhají v akrečním disku a spirály do černé díry. Kvůli jeho silné gravitaci existuje silné třecí zahřívání, které uvolňuje energii jako rentgenové paprsky. Tým Cambridge sledoval region pomocí rentgenové observatoře Chandra.

Energie z černé díry zahřívá blízký plyn, takže je méně hustý než zbytek plynu v kupě. Občas se do plynu uvolní vlna energetických částic, což způsobí ekvivalent zvukové vlny. Tyto vlny se v plynu projevují jako obrovské vlnky - přes 30 000 světelných let. Na tomto obrázku NASA vidíte vlnky v plynu. Astronomové použili vlnky pro výpočet frekvence vlny. Černá díra zpívá pouze jednu poznámku: byt B, který je o 57 oktáv nižší než střední klavír C. Jeho frekvence je jedna za 10 milionů let, nepředstavitelně hluboko pod naším prahem pro slyšení.

Může zvuk cestovat vesmírem?
V souhrnu ano. Zvuk je ve vesmíru ve formě velmi pomalu se pohybujících akustických vln. Hustota částic se liší v prostoru, ale neexistuje dokonalé vakuum. Můžeme detekovat vlny pomocí dalekohledů.

Ale ne, není slyšet žádný zvuk, pokud by zvuk máme na mysli něco, co jsme mohli slyšet nebo detekovat citlivým mikrofonem. Výbuchy vesmíru by byly tiché.

Odkaz:
Niels Marquardt, „Úvod do principů vakuové fyziky“ //www.cientificosaficionados.com/libros/CERN/vacio1-CERN.pdf

Video Návody: Space Music: Background for Meditation, Stress Relief, Yoga, Space Travel. (Duben 2024).