Музыка сфер

Откуда в космосе берутся звуки?

Изображение: Victor Tondee/ФОТОДОМ/Shutterstock
Изображение: Victor Tondee/ФОТОДОМ/Shutterstock

Древние греки считали, что космос пропитан гармоничной, совершенной музыкой, и были правы, но только отчасти. За пределами Земли действительно очень много разных звуков, но все они несколько иного сорта: загадочные свисты, щелчки, завывания. Полный хаос и никакой гармонии. «Чердак» рассказывает, откуда берется космическая музыка, как попадает на нашу планету и чем она может помочь в изучении Вселенной.

Первая мысль о космической музыке космоса очень проста: да нет там никакой музыки вообще и быть не может. Тишина. Звуки — распространяющиеся колебания частиц воздуха, жидкости или твердых тел, а в космосе большей частью только вакуум, пустота. Нечему колебаться, нечему звучать, неоткуда взяться музыке: «В космосе никто не услышит твоего крика». Кажется, что астрофизика и звуки — это совершенно разные истории.

Вряд ли с этим согласится Ванда Диаз-Мерсед, астрофизик Южно-Африканской астрономической обсерватории, изучающая гамма-всплески. В 20 лет она потеряла зрение и у нее был единственный шанс остаться в любимой науке — научиться слушать космос, с чем Диаз-Мерсед прекрасно справилась. Вместе с коллегами она сделала программу, которая переводила разные экспериментальные данные из ее области (например, кривые блеска — зависимости интенсивности излучения космического тела от времени) в небольшие композиции, своеобразные звуковые аналоги привычных визуальных графиков. Скажем, для для кривых блеска интенсивность переводилась в частоту звука, которая менялась во времени, — Ванда брала цифровые данные и сопоставляла им звуки.

Конечно, для посторонних эти звуки, похожие на далекие перезвоны колокольчиков, звучат несколько странно, но Ванда научилась «считывать» зашифрованную в них информацию так хорошо, что прекрасно продолжает заниматься астрофизикой и часто даже открывает закономерности, ускользающие от ее зрячих коллег. Похоже, космическая музыка может рассказать немало интересного про нашу Вселенную.

Марсоходы и другая техника: Механическая поступь человечества

Прием, который использует Диаз-Мерсед, называется сонификацией — переложением массивов данных в аудиосигналы, но в космосе много и вполне реальных, а не синтезированных алгоритмами звуков. Некоторые из них связаны с рукотворными объектами: те же марсоходы ползут по поверхности планеты не в полном вакууме, и поэтому неминуемо производят звуки.

Услышать, что из этого получается, можно и на Земле. Так, немецкий музыкант Петер Кирн провел несколько дней в лабораториях Европейского космического агентства и записал там небольшую коллекцию звуков с разнообразных испытаний. Но только во время их прослушивания нужно всегда мысленно вносить небольшую поправку: на Марсе холодней, чем на Земле, и гораздо меньше атмосферное давление, а потому все звуки там звучат значительно ниже, чем их земные аналоги.

Еще один способ услышать звуки наших машин, покоряющих космос, чуть сложнее: можно устанавливать датчики, фиксирующие акустические колебания, распространяющиеся не по воздуху, а прямо в корпусах техник. Так ученые восстановили звук, с которым космический аппарат «Филы» спустился в 2014 году на поверхность кометы Чурюмова — Герасименко, — короткий, электронный «бам», будто вышедший из игр для приставки «Денди».

Эмбиент МКС: техника под контролем

Стиральная машина, автомобиль, поезд, самолет — опытный инженер часто может определить неполадку техники по звукам, которые она издает, и сейчас появляется все больше компаний, превращающих акустическую диагностику в важный и сильный инструмент. Для подобных целей используют и звуки космического происхождения. Например, бельгийский астронавт Франк Де Винне (Frank De Winne) рассказывает, что на МКС часто делают аудиозаписи работающей техники, которые отсылаются на Землю для контроля работы станции.

Черная дыра: самый низкий звук на Земле

Слух человека ограничен: мы воспринимаем звуки с частотами от 16 до 20 000 Гц, а все остальные акустические сигналы для нас недоступны. В космосе немало акустических сигналов за пределами наших возможностей. Один из самых известных среди них издает сверхмассивная черная дыра в скоплении галактик Персея — это невероятно низкий звук, который соответствует акустическим колебаниям с периодом в десять миллионов лет (для сравнения: человек способен уловить акустические волны с периодом максимум в пять сотых секунды).

Правда, сам этот звук, рожденный от столкновения высокоэнергетичных джетов черной дыры и частиц газа вокруг нее, до нас не дошел — его задушил вакуум межзвездной среды. Поэтому ученые восстановили эту далекую мелодию из косвенных данных, когда орбитальный рентгеновский телескоп «Чандра» рассмотрел в газовом облаке вокруг Персея гигантские концентрические окружности — области повышенной и пониженной концентрации газа, созданные невероятно мощными акустическими волнами от черной дыры.

Скопление галактик Персея. Изображение с космического телескопа Chandra. Изображение: Европейское космическое агентство

Гравитационные волны: звуки иной природы

Иногда массивные астрономические объекты запускают вокруг себя особый вид волн: пространство вокруг них то сжимается, то разжимается, и эти колебания бегут через всю Вселенную со скоростью света. 14 сентября 2015 года на Земле впервые достоверно зафиксировали приход одной из таких волн: многокилометровые конструкции детекторов гравитационных волн растягивались и сжимались на исчезающие доли микрон, когда через них прошли гравитационные волны от слияния двух черных дыр в миллиардах световых лет от Земли. Всего несколько сотен миллионов долларов (стоимость гравитационных телескопов LIGO, поймавших волны, оценивается в сумму около 400 млн долларов), и мы прикоснулись к вселенской истории.

Космолог Жанна Левин (Janna Levin) считает, что если бы нам (не посчастливилось) оказаться ближе к этому событию, то зафиксировать гравитационные волны можно было бы куда проще: они просто вызывали бы колебания барабанных перепонок, воспринимаемые нашим сознанием как звук. Группа Левин даже смоделировала эти звуки — мелодию двух сливающихся в невообразимой дали черных дыр. Только не путайте ее с другими знаменитыми звуками гравитационных волн — короткими, обрывающимися на полуслове электронными всплесками. Это только сонификация, то есть акустические волны с теми же самыми частотами и амплитудами, что и гравитационные сигналы, зафиксированные детекторами.

На пресс-конференции в Вашингтоне ученые даже включили тревожный звук, пришедший от этого столкновения из невообразимого далёка, но это была просто красивая эмуляция того, что было бы, зарегистрируй исследователи не гравитационную волну, а точно такую же по всем параметрам (частота, амплитуда, форма) волну звуковую.

Комета Чурюмова — Герасименко: гигантский синтезатор

Мы не замечаем, как астрофизики подкармливают наше воображение усиленными визуальными образами. Раскрашенные картинки с разных телескопов, впечатляющая анимация, модели и фантазии. В действительности в космосе все скромней: темней, тусклей и без закадрового голоса, но почему-то визуальные интерпретации экспериментальных данных смущают гораздо меньше, чем аналогичные действия со звуками.

Возможно, скоро все изменится. Уже сейчас сонификация часто помогает ученым увидеть (а точнее, «услышать» — вот предубеждения, закрепленные в языке) в своих результатах новые неизвестные закономерности. Так, удивила исследователей песня кометы Чурюмова — Герасименко — колебания магнитного поля с характерными частотами от 40 до 50 МГц, переложенные на звуки, из-за которых комету даже сравнивают со своеобразным гигантским синтезатором, ткущим свою мелодию не из переменного электрического тока, а из переменных магнитных полей.

Дело в том, что природа этой музыки до сих пор непонятна, поскольку у самой кометы нет собственного магнитного поля. Возможно, эти колебания магнитных полей — плод взаимодействия солнечного ветра и частиц, улетающих с поверхности кометы в открытый космос, но до конца эта гипотеза не подтверждена.

Пульсары: бит внеземных цивилизаций

Космическая музыка плотно переплетена с мистикой. Загадочные звуки на Луне, подмеченные астронавтами миссии «Аполлон-10» (скорее всего, это были помехи радиосвязи), «растекающиеся по сознанию волнами успокоения» песни планет, гармония сфер, в конце концов, — непросто удержаться от фантазий, когда изучаешь бескрайние просторы космоса. Такая история была и с открытием радиопульсаров — вселенских метрономов, с методичным постоянством испускающих мощные радиоимпульсы.

Впервые эти объекты заметили еще в 1967 году, и тогда ученые приняли их за гигантские радиопередатчики внеземной цивилизации, но теперь мы почти уверены, что это компактные нейтронные звезды, миллионами лет отбивающие свой радиоритм. Тэм-тэм-тэм — эти импульсы можно переложить на звуки, точно так же, как радио превращает радиоволны в музыку, чтобы получить космический бит.

Межзвездное пространство и ионосфера Юпитера: песни ветра и плазмы

Еще множество звуков рождает солнечный ветер — потоки заряженных частиц от нашей звезды. Из-за него поет ионосфера Юпитера (это сонифицированные колебания плотности плазмы, составляющей ионосферу), кольца Сатурна и даже межзвездное пространство.

В сентября 2012 года космический зонд «Вояджер-1» только покинул Солнечную систему и передал на землю причудливый сигнал. Потоки солнечного ветра взаимодействовали с плазмой межзвездного пространства, что порождало характерные колебания электрических полей, которые можно было сонифицировать. Монотонный шершавый шум, переходящий в металлический свист.

Возможно, мы никогда так и не покинем нашу солнечную систему, но теперь у нас есть еще кое-что кроме раскрашенных астроснимков. Причудливые мелодии, рассказывающие о мире за пределами нашей голубой планеты.

Михаил Петров
Теги:

Читать еще на Чердаке: