外太空其实有声音 只是你听不见
2015-10-30

超大质量黑洞产生的声波使气体云中产生涟漪。(NASA)

你可能听说过:在太空中,没人能听到你尖叫。这是因为声音需要通过介质如空气或固体、液体来传播。一种说法是,太空是真空,没有可以传播声音的介质。不过,这种说法受到质疑。

科技网志Gizmodo写道,太空不是绝对的真空,它其实充满物质。在恒星之间存在气体云和尘埃云。这些云有些是恒星爆炸后的残留物,也是新的恒星诞生地。有一些星际气体稠密到足够携带声波,只不过人体无法察觉而已。

无论是吉他弦振动或是鞭炮爆炸,最接近物体的空气分子受到推动。这些分子撞击旁边的分子,分子继续撞击分子……声音运动像波浪一样通过空气传播。当声波到达你的耳朵时,你就听见了声音。

声波只能在波长大于介质颗粒间平均距离的介质中行进。所以稠密的介质可以携带波长较短的声音,稀疏的介质可以携带波长较长的声音。

波长较长的声音具有较低频率。频率低于20Hz的声音称为次声,因为频率太低人类无法听到。如果人耳能够听到次声,就会听到太空中许多有趣的声音。

黑洞之歌

大约2.5亿光年远,在成千上万星系团的中心,一个超大质量黑洞是哼唱着我们所说的宇宙中最低音符。

人能听到的最低音的振荡周期为二十分之一秒。英仙座黑洞声音的振荡周期却是1千万年。黑洞之歌实在是跨越了漫长的时间。

在2003年,美国宇航局的钱德拉X射线太空望远镜发现,充斥英仙座星系团的气体中有一种图案:光与暗的同心环,就像池塘中的涟漪。天体物理学家说,这些涟漪是低频声波的痕迹。亮环是波峰,此处气体压力最大。暗环是波谷,此处压力较低。

磁化的热气包围着黑洞,类似排水口的水漩在运动,并产生了强大的电磁场。电磁场强大到将气体物质加速到以接近光速远离黑洞边缘,形成巨大的喷流。这些喷流名为相对论性喷流(relativistic jets),它们排挤掉喷发路径上的气体,这种干扰产生了低沉的宇宙声波。

这种低沉的星系声音在英仙座星系团内传播了数十万光年之远,但只能在有足够气体携带声波的空间传播,因此英仙座之歌在星际气体云边缘停止。这意味着我们无法在地球上检测到这种声音,我们只能看到它对气体云的影响,就像远望一个隔音室里是什么样。

地震悲鸣

回到我们的星球,地壳每次变化时也会发出深深的叹息,有时这些低频声音会进入太空。地震期间,地面的震动可以在大气中产生振动,频率通常为一到五赫兹之间。如果地震足够大,它可以通过空气发送次声波,直达太空边缘。

当然,地球大气层和太空边缘之间没有明确的界限。空气只是逐渐变薄,直到最后没有。从距离地表80至550公里,空气分子的平均自由程约为一千米。这意味着在此高度的空气已经不能传播人耳可听的声音,但仍然可以携带波长较长的次声波。

2011年3月日本东北部海岸发生里氏9.0级地震,地震引起的低频大气振动一路到达距离地表270公里的欧洲航天局的地球重力场和稳态海洋环流探测(GOCE)卫星,卫星记录下这些声波。
宇宙第一个声音

直到宇宙大爆炸约76万年后,宇宙中的物质仍然稠密到声波可以通过它行进。大约在这个时候,首批光子也开始在宇宙中作为光线行进,宇宙终于冷却到让亚原子粒子凝聚成原子。在冷却发生之前,宇宙中充满了带电粒子质子和电子,它们吸收或散射光子。当质子和中子开始变为电中性,光线不再受到干扰,从而照亮宇宙。

今天,这种微弱的光线以微波辐射的形式到达地球,只有非常灵敏的射电望远镜才能看见它。物理学家称之为宇宙微波背景。它是宇宙中最古老的光线,它也携带了宇宙最古老的声音记录。

介质颗粒受到压力从有节奏的振动并促使周围的介质颗粒产生疏密变化,由此产生声波。当压缩气体时,压缩变得更热,这实际上是恒星形成的原理。当气体膨胀时会冷却。早期宇宙的声波行进在气态介质中引起微弱的压力变化,而这变化又导致了微弱的温度变化,并记录到宇宙微波背景中。

利用这些温度变化,华盛顿大学物理学家克拉默(John G. Cramer)成功地重建了宇宙膨胀时的声音。他将这种声音放大了10^26倍,让人耳听得见。

虽然你在太空尖叫没有人能听到,但确实有声波穿过星际气体云和地球外大气层。
    来源: 李缘 责编: Kitt

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