Rymden är inte ett homogent ingenting. Mellan olika föremål finns moln av gas och damm. De är resterna av supernovaexplosioner och platsen för stjärnbildning. I vissa områden är denna interstellära gas tillräckligt tät för att sprida ljudvågor, men de är inte mottagliga för mänsklig hörsel.
Finns det ljud i rymden?
När ett föremål rör sig - vare sig det är vibrationer från en gitarrsträng eller ett exploderande fyrverkeri - påverkar det närliggande luftmolekyler, som om det trycker på dem. Dessa molekyler kraschar in i sina grannar, och de i sin tur in i nästa. Rörelse sprider sig genom luften som en våg. När det når örat uppfattar personen det som ljud.
När en ljudvåg passerar genom luften fluktuerar dess tryck upp och ner som havsvatten i en storm. Tiden mellan dessa vibrationer kallas ljudets frekvens och mäts i hertz (1 Hz är en svängning per sekund). Avståndet mellan de högsta trycktopparna kallas våglängden.
Ljud kan bara fortplantas i ett medium där våglängden inte är mer änmedelavstånd mellan partiklar. Fysiker kallar denna "villkorligt fria väg" - det genomsnittliga avståndet som en molekyl färdas efter att ha kolliderat med en och innan den interagerar med nästa. Således kan ett tätt medium sända kortvågsljud och vice versa.
Långvågsljud har frekvenser som örat uppfattar som låga toner. I en gas med en medelfri väg större än 17 m (20 Hz) kommer ljudvågorna att vara för lågfrekventa för att kunna uppfattas av människor. De kallas infraljud. Om det fanns utomjordingar med öron som kan höra mycket låga toner, skulle de säkert veta om ljud kan höras i yttre rymden.
Black Hole Song
Omkring 220 miljoner ljusår bort, i mitten av ett kluster av tusentals galaxer, nynnar ett supermassivt svart hål den lägsta ton som universum någonsin har hört. 57 oktaver under mitten C, vilket är ungefär en miljon miljarder gånger djupare än människans hörsel.
Det djupaste ljudet som människor kan höra har en cykel på ungefär en vibration var 1/20:e sekund. Ett svart hål i stjärnbilden Perseus har en cykel på ungefär en svängning var tionde miljon år.
Detta uppdagades 2003, när NASA:s rymdteleskop Chandra upptäckte något i gasen som fyllde Perseus-klustret: koncentrerade ringar av ljus och mörker, som krusningar i en damm. Astrofysiker säger att dessa är spår av otroligt lågfrekventa ljudvågor. ljusare -det är vågtopparna där trycket på gasen är störst. De mörkare ringarna är fördjupningar där trycket är lägre.
Ljud du kan se
Varm, magnetiserad gas virvlar runt ett svart hål, som vatten som virvlar runt ett avlopp. När den rör sig skapar den ett kraftfullt elektromagnetiskt fält. Stark nog för att accelerera gas nära kanten av ett svart hål till nästan ljusets hastighet, och förvandla den till enorma skurar som kallas relativistiska jetstrålar. De tvingar gasen att vända i sidled på sin väg, och denna effekt orsakar kusliga ljud från rymden.
De reser genom Perseus-klustret hundratusentals ljusår från sin källa, men ljud kan bara färdas så länge det finns tillräckligt med gas för att bära det. Så det stannar vid kanten av gasmolnet som fyller Perseus galaxhop. Det betyder att det är omöjligt att höra dess ljud på jorden. Du kan bara se effekten på gasmolnet. Det ser ut som att titta genom rymden på en ljudisolerad kamera.
Strange planet
Vår planet ger ifrån sig ett djupt stön varje gång dess skorpa rör sig. Då råder det ingen tvekan om huruvida ljud fortplantar sig i rymden. En jordbävning kan skapa vibrationer i atmosfären med en frekvens på en till fem Hz. Om den är tillräckligt stark kan den skicka subsoniska vågor genom atmosfären ut i rymden.
Naturligtvis finns det ingen tydlig gräns var jordens atmosfär slutar och rymden börjar. Luften blir bara gradvis tunnare tills så småningomförsvinner helt. Från 80 till 550 kilometer över jordens yta är den genomsnittliga fria vägen för en molekyl ungefär en kilometer. Det betyder att luften på denna höjd är cirka 59 gånger tunnare än vad det skulle vara möjligt att höra ljud. Den kan bara bära långa infraljudsvågor.
När en jordbävning med magnituden 9,0 skakade Japans nordöstra kust i mars 2011, registrerade seismografer runt om i världen dess vågor som passerade genom jorden, och vibrationerna orsakade lågfrekventa vibrationer i atmosfären. Dessa vibrationer har färdats hela vägen dit den europeiska rymdorganisationens gravitationsfält och den stationära satelliten Ocean Circulation Explorer (GOCE) jämför jordens gravitation i låg omloppsbana med 270 kilometer över ytan. Och satelliten kunde spela in dessa ljudvågor.
GOCE har mycket känsliga accelerometrar ombord som styr jonpropellern. Detta hjälper till att hålla satelliten i en stabil omloppsbana. Den 11 mars 2011 upptäckte GOCE:s accelerometrar en vertikal förskjutning i den mycket tunna atmosfären runt satelliten, såväl som böljande förskjutningar i lufttrycket, när ljudvågor från en jordbävning fortplantar sig. Satellitens propeller korrigerade förskjutningen och lagrade data, som blev ungefär som en jordbävningsinfraljudsinspelning.
Det här inlägget klassificerades i satellitdata tills ett team av forskare ledda av Rafael F. Garcia släppte detta dokument.
Första ljudet inuniversum
Om det var möjligt att gå tillbaka i tiden, till ungefär de första 760 000 åren efter Big Bang, skulle man kunna ta reda på om det finns ljud i rymden. Vid den tiden var universum så tätt att ljudvågor kunde färdas fritt.
Ungefär samtidigt började de första fotonerna färdas genom rymden som ljus. Efter det svalnade allt äntligen tillräckligt för att subatomära partiklar skulle kondensera till atomer. Innan nedkylningen inträffade fylldes universum med laddade partiklar - protoner och elektroner - som absorberade eller spred fotoner, partiklarna som utgör ljus.
Idag når den jorden som ett svagt sken av mikrovågsbakgrunden, endast synligt för mycket känsliga radioteleskop. Fysiker kallar denna relik för strålning. Det är det äldsta ljuset i universum. Det svarar på frågan om det finns ljud i rymden. CMB innehåller en inspelning av den äldsta musiken i universum.
Light to help
Hur hjälper ljus oss att veta om det finns ljud i rymden? Ljudvågor färdas genom luft (eller interstellär gas) som tryckfluktuationer. När gasen komprimeras blir den varmare. På en kosmisk skala är detta fenomen så intensivt att stjärnor bildas. Och när gasen expanderar kyls den ner. Ljudvågor som fortplantade sig genom det tidiga universum orsakade små tryckfluktuationer i den gasformiga miljön, vilket i sin tur lämnade subtila temperaturfluktuationer reflekterade i den kosmiska mikrovågsbakgrunden.
Använda temperaturförändringar, fysikUniversity of Washington John Kramer lyckades återställa dessa kusliga ljud från rymden - musiken från det expanderande universum. Han multiplicerade frekvensen med 1026 gånger så att mänskliga öron kunde höra honom.
Så ingen hör verkligen skriket i rymden, men det kommer att finnas ljudvågor som rör sig genom moln av interstellär gas eller i de sällsynta strålarna från jordens yttre atmosfär.
