„Ve vesmíru tě nikdo neslyší křičet.“
Ten nyní klasický slogan (z Cizí, Jeden z největších hororových filmů sci-fi, jaký kdy byl natočen) závisí na velkém předpokladu, že většina z nás obecně dělá: prostor je prázdný. A je to – většinou. Ale tam je Věci mezi hvězdami a v některých případech je toho dost na to, aby vydal trochu hluku.
Možná bychom tedy měli tuto linii změnit. Ve vesmíru vás nikdo neslyší křičet – pokud to znamená, že křičíte dostatečně hlasitě a na správném místě.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
To, co považujeme za „zvuk“, je opravdu jen vibrace, která prochází nějakým materiálem (co vědci nazývají médium). Hudba, kterou právě teď poslouchám, když píšu tato slova, je jen taková vibrace, vytvořená elektřinou pulzující prostřednictvím magnetů uvnitř reproduktorů mého počítače. Magnety řídí membránu, která se rychle krouží sem a tam a tlačí na okolní vzduch. Tím se vytváří vlny – obvykle nazývané zvukové vlny, ale technicky známější jako akustické vlny – lehce stlačeného a dekomprimovaného vzduchu, který cestuje do uší. A konečně, v mém vnitřním uchu, další membrána vibruje v reakci a posílá signály do mého mozku, což je interpretuje jako hudbu.
Akustické vlny cestují médiem tím, že způsobují atomy nebo molekuly v něm, aby se do sebe postupně narazily. Pro moji hudbu je toto médium vzduch, ale můžete také slyšet zvuky pod vodou – nebo skrze solidní záležitost, pokud na něj vložíte ucho. Vlny procházejí těmito materiály trochu jinak než ve vzduchu kvůli rozdílům ve složení a hustotě, ale princip je stejný.
Pokud byl prostor skutečně prázdný – naprosté vakuum, bez jakékoli záležitosti – pak ano, Cizí Slogan by byl nepochybně správný. A obecně je to pravda; Podle lidských standardů, prostor do značné míry doprovázel svou pověst.
Lidské standardy však nejsou skvělým základem pro srovnání. Pochopení toho, proč vyžaduje nějaké základní numerické myšlení o velikosti o různých množstvích zvukových věcí ve vesmíru. Použijte pouze slovo „částice“ jako obecný termín pro tento materiál; Může odkazovat na jakoukoli jednotlivou jednotku hmoty – atomu, molekulu, subatomickou částici, cokoli.
S ohledem na to se zeptáme: Jak prázdné je prázdné? Laboratorní vakuová komora může například obsahovat biliony částic na kubický centimetr nebo CM3 (objem asi jedné čtvrtiny typické šestistranné umírání). To se může zdát jako hodně, ale je to hustota částic desítky milionůkrát méně než hustota vzduchu, který dýcháte, což má Desítky Quinlionů molekul na cm3.
Přesto tak relativně prázdné, jak může být laboratorní vakuum, prostor způsobuje, že to vypadá jako polévka. Meziplanetární prostor je mnohem vzácnější, s několika desítkami částic v každém kubickém centimetru. Že tenký gruel může dosáhnout až více než milion částic na cm3 Pokud slunce vystřelí sluneční bouřiAle i tehdy je to méně podstatné než všechny kromě hrstky ultravyšných vakua, která byla dosažena na Zemi.
A prostor mezi hvězdami – mezihvězdné médium – je dokonce tenčí, s pouhých 100 částic na krychle metr (m3), nebo v průměru 0,0001 na cm3. Intergalaktický prostor, skutečně hluboký prostor mezi galaxiemi, má průměrně jeden – jeden! – částí na m3. Křičet vše, co chcete; Nikdo tě neslyší že.
Nyní si pravděpodobně vážíte, že ne celý prostor je evakuován stejný. V nebulach a dalších nebeských oblastech je hmota silnější. Typická hustota pro brilantně osvětlený plynový oblak, jako je mlhovina Orion, je asi 10 000 částic na cm3. Hustota na jiných místech však může být o něco vyšší. Barnard 68Například je malý, chladný, hustý molekulární mrak, který má zhruba milion částic na cm3. To je mnohem nižší než ve vakuu laboratoře, přesto se však v rozsáhlých rozšiřování prostoru může sčítat i velmi nízké hustoty částic, takže jemný materiál Barnard 68 stále stačí, aby absorboval v podstatě veškeré světlo, které by jinak prošlo. Některé obří molekulární mraky mohou mít hustá jádra které mohou zvýšit na miliardu částic na cm3.
Ani tehdy by se váš výkřik nedostal daleko. Není dostatek částic, které by se navzájem narazily na přenos akustické vlny. Pokud chcete, aby se zvuk pohyboval v prostoru, potřebujete a mnoho Hlasitější zdroj, který pracuje nad obrovskými objemy.
Například explodující hvězda vystřelí obrovské množství materiálu do vesmíru při mimořádně vysoké rychlosti. Tato ejekta zabouchne do tolik mezihvězdného média tak tvrdě, že se navzájem zasáhne dostatečný počet částic, aby vytvořil akustickou vlnu.
Rychlost této vlny závisí na hustotě média, ale Na typické mlhovině je to asi 10 kilometrů za sekundu (km/s). To je mnohem rychlejší než menší než 1 km/s rychlost zvuku ve vzduchu Země, takže je to rychlé pro nás pozemšťany. Materiál z explodující hvězdy však opouští, že v prachu (tak řečeno) – pluh do okolního plynu při doslova nadzvukových rychlostech. To generuje rázové vlny, podobně jako stíhací letoun vyzařující zvukový rozmach. Okolní materiál kolem explodující hvězdy je stlačen rázovými vlnami, Vytváření krásných vláken a stuh plynu běžně pozorovaného v rozšiřujícím se oblaku zbytků supernovy.
Poněkud překvapivě není rychlost zvuku v mlhovině jen otázkou tajemné astrofyziky – ukázalo se, že je to důležité pro naši samotnou existenci zde na Zemi. Když se hustý shluk plynu a prachu v molekulárním mraku zhroutí, Srovnává se a tvaruje se na disk kolem nově vytvářející hvězdy. Velmi hrubý odhad typické hustoty Pro takový disk je desítky až stovky bilionů částic na cm3hustší než laboratorní vakuum, ale extrémně zředěné ve srovnání s, řekněme, vzduch. Řekl bych, že se kvalifikuje jako „prostor“, ale je to dost na to, aby udržel zvukové vlny, což je kritické. Pokud je materiál dostatečně hustý, stane se viskózní a dokonce turbulentní, což umožňuje, aby shluky materiálu postupně rostly na planety. Tyto podmínky závisí na rychlosti zvuku na disku a bez nich by částice, které tam budou mít, by mohly obíhat hvězdu, aniž by vyvolaly planety vůbec.
Jinými slovy, bez zvuku ve vesmíru bychom pravděpodobně nebyli tu, abychom mluvili o zvuku ve vesmíru. To může jít proti konvenční moudrosti, ale jsem ochoten natolik křičet, abych o tom slyšel můj hlas.
