Cestuje zvuk cez vesmír

• Smieť 4, 2024

Vesmírne bitky vo filmoch sú hlučné záležitosti s výbuchmi a výbuchmi zasiahnutými loďami. Ale znie to skutočne cestovaním vesmírom? Jednoduchá odpoveď je nie. Napriek tomu je toho viac ako to.

Čo je to zvuk?
Zvuk je druh energie. Vyrába sa, keď niečo vibruje. Čokoľvek vyvoláva vibrácie, napríklad váš hlas, je zdroj zvuku. Zvuk sa pohybuje od zdroja vzduchom alebo iným materiálom.

Molekuly vzduchu sa rozprestierajú vysokou rýchlosťou, takže celkovo sú rovnomerne rozložené. Ale čo keď sa rozhodnete hrať na gitare? Struny vibrujú. Keď sa struna pohybuje smerom von, tlačí molekuly okolitého vzduchu k sebe. Toto vytvára oblasť, v ktorej sú molekuly hustejšie. Keď sa reťazec pohybuje späť, zanecháva v ňom oblasť s menším počtom častíc, takže je menej hustý.

Vibrácie sa šíria smerom von, pretože oblasti striedania vysokej a nízkej hustoty menia hustotu molekúl vedľa nich a tak ďalej. Tu sa zobrazuje spôsob, akým sa hustota mení v priebehu zvukovej vlny. Rôzne hustoty spôsobujú malé zmeny tlaku vzduchu a naše uši sú voči nim citlivé. Naše mozgy ich interpretujú ako zvuky.

Frekvencia zvuku nám hovorí, ako často vlny prichádzajú. Čím nižšia je frekvencia, tým nižšia je výška tónu. Najnižší zvuk, ktorý zistí ľudské ucho, je dvadsať vĺn za sekundu.

Vesmírne bitky - hlučné alebo tiché?
Pretože zvuk potrebuje častice na prenášanie vibrácií, nemôže cestovať cez vákuum. Táto ukážka ukazuje, čo sa stane s zvončekom v pohári, keď je vzduch vyčerpaný. Keď vzduch vychádza, zvuk slabne. Nemôžu dostať všetok vzduch von, takže môžete počuť slabý zvuk, ktorý sa stáva hlasnejším, keď prepúšťajú vzduch späť.

Keby sme sledovali vesmírnu bitku, pri zasiahnutí lode by sme nepočuli explóziu - pokiaľ by sme v nej neboli! V takom prípade by zvuk mohol prísť cez trup a vzduch vo vnútri by ho ďalej prenášal.

astronauti
Pretože Mesiac nemá atmosféru, astronauti na povrchu komunikujú prostredníctvom rádia. Rádiové vlny sú elektromagnetické žiarenie ako svetlo, takže na ich prenášanie nepotrebujú častice. Keby boli dvaja astronauti blízko seba, mohli by hovoriť priamo tak, že sa dotknú prilby, aby preniesli zvuk. Podvodní potápači to robia.

Hlučné slnko
Vibrácie sú zdravé a slnko neustále vibruje. Tieto vibrácie sú vytvárané prúdením tesne pod povrchom Slnka. Konvekcia je spôsob, akým teplo prechádza v tekutine (tekutine alebo plyne). Horúce, menej husté materiály stúpajú a chladnejšie a hustejšie materiály klesajú. Konvekcia je to, ako voda vrie na sporáku. Keď narazia na povrch, vidíte veľké bubliny stúpať a lámať sa a voda je veľmi rozrušená.

Niečo podobné sa deje na Slnku, ale nemôžeme to počuť. Zvukové vlny k nám necestujú vesmírom a pre ľudské uši je frekvencia príliš nízka. In-a-out pohyby vibrácií však môžu byť detekované špeciálnym nástrojom na kozmickej lodi SOHO (Solar and Heliospheric Observatory).

Je priestor vákuum?
Vieme, čo je zvuk, takže teraz uvažujme o tom, čo je to vákuum. Dokonalé vákuum by v ňom neobsahovalo žiadne častice. Nič z toho nevieme. Dokonca aj najlepšie laboratórne vákuum na Zemi má niekoľko sto častíc na centimeter kubický. Môže to znieť ako veľa, ale nezabudnite, že sú nesmierne malé častice. Každý kubický centimeter vzduchu, ktorý dýchate, obsahuje asi tridsať metrických častíc. (To je 3, po ktorom nasleduje 19 núl!) Dokonca aj v priestore medzi hviezdami je v každom centimetri kubického okolo päť častíc a viac v hmlovinách.

Spievajúca čierna diera
Videli sme, že slnečné akustické (zvukové) vlny sa nedostanú príliš ďaleko, ale samotné vibrácie sa dajú zistiť vizuálne. V roku 2003 však tím astronómov z Cambridge v Anglicku pozoroval tlakové vlny - v podstate zvukové vlny - vychádzajúce z čiernej diery v klastri galaxií Perseus vzdialených asi 250 miliónov svetelných rokov.

Čierna diera nevysáva materiál ako niekto, kto pije slamu. Plyn a iný materiál ho obiehajú v narastajúcom disku a špirály do čiernej diery. Vďaka svojej vysokej gravitácii dochádza k silnému treniu, ktoré uvoľňuje energiu ako röntgenové lúče. Tím Cambridge pozoroval región pomocou röntgenového observatória Chandra.

Energia z čiernej diery ohrieva blízky plyn, takže je menej hustá ako zvyšok plynu v zhluku. Vlna energetických častíc sa občas uvoľní do plynu, čo spôsobí ekvivalent zvukovej vlny. Tieto vlny sa v plyne prejavujú ako obrovské vlnky - priemerne 30 000 svetelných rokov. Na tomto obrázku NASA vidíte vlnky v plyne. Astronómovia používali vlnky na výpočet frekvencie vlny. Čierna diera spieva iba jednu poznámku: byt B, ktorý je o 57 oktáv nižší ako stredný klavírny stred C. Jeho frekvencia je jedna za 10 miliónov rokov, nepredstaviteľne hlboko pod naším sluchovým prahom.

Môže zvuk cestovať cez vesmír?
Stručne povedané, áno. Zvuk je vo vesmíre vo forme veľmi pomaly sa pohybujúcich akustických vĺn. Hustota častíc sa mení v priestore, ale neexistuje dokonalé vákuum. Môžeme zistiť vlny pomocou ďalekohľadov.

Ale nie, nie je tam žiadny zvuk, ak by zvuk máme na mysli niečo, čo by sme mohli počuť alebo zistiť pomocou citlivého mikrofónu. Výbuchy vesmíru by boli tiché.

referencie:
Niels Marquardt, „Úvod do princípov vákuovej fyziky“ //www.cientificosaficionados.com/libros/CERN/vacio1-CERN.pdf

Video Návody: NASADNEME DO RAKETY - učíme sa s deťmi o vesmíre | Hanička a Murko | Zem, Mesiac, Slnko, planéty (Smieť 2024).