在太空能聽到聲音嗎?
當你坐在電影院或家中觀看科幻大片時,片中激烈的星際戰爭場面和各種太空飛船爆炸、新式武器相互攻擊的聲音在你耳邊此起彼伏,使你相信如果真的置身於星際戰場中時,一定會被那些震耳欲聾的聲音鬧得無法安寧。
但是,人類真的能聽到來自太空的聲音嗎?真的能夠聽得見行星大爆炸的巨大響聲和外星人的聲音嗎?
為了解答這個問題,首先必須了解什麼是聲音?它是靠什麼傳播的?聲音是一種壓力波,它像光或者熱量一樣是以波長的形式傳播的,與後者不同的是,聲音的傳播是通過分子振蕩來完成的。所以,為了讓聲音傳播,就要有某種具有分子的介質存在。在地球的大氣層裡,每立方釐米大約有1019個分子,聲音可以通過振動空氣內的分子傳播到人的耳朵中,因此我們很容易聽到聲音。
在1000千米以外的太空中,每立方釐米約有106個分子,在行星間的太空中只有10個左右分子,而在星際太空中僅1個分子。與我們這個星球的濃厚大氣層相比,太空就顯得太稀薄了。它沒有足夠的分子撞擊我們的耳辨使我們產生聲音的感覺。所以,太空飛船座艙中的航天員可以聽得到聲音,因為座艙中有空氣允許聲音傳播。但是,太空行走的航天員是聽不到太空中聲音的,因為他與聲源之間的物質太少了,不採用特別的設備是聽不到聲音的。
對於太空中是否真正存在聲音,絕大多數人認為在太空中是沒有聲音的。但是,實際上太空並不是完全的真空,在太空中還存在著氣體,只是這樣低密度和低壓力的氣體,對於像我們人類這樣的生命體來說如同真空一般。我們的耳朵無法聽到聲音。為了探測太空中的聲音,我們將需要多大的麥克風呢?假定所需要麥克風的體積只與介質中的分子數量有關,我們就可以估計需要多大尺寸的麥克風了。
如果在我們星球的大氣層中,只需要1釐米長的麥克風就可以接收到聲音,那麼在1000千米以外的太空則需要10「米長的麥克風,它的長度相當於從太陽到地球的距離!在行星間和星際太空間的情況更糟糕:行星間太空需要一個1016米長的麥克風,而星際太空將需要一個1017米長的麥克風,這相當於需要10光年長的麥克風才能接收到聲音,要製造這樣大尺寸的麥克風是不現實的。因此,即使宇宙中發生巨大的爆炸,太空中的人也聽不到聲音。但是我們可以通過技術手段探測到這些壓力的變化,並且通過電子技術,使我們的耳朵可以聽到它的聲音。
可以肯定的是在太空裡是有「聲音」存在,只是由於沒有介質傳播,人聽不到而已。但是在某些特定的情況下,太空行走的航天員也可以聽到聲音。第一種情況是通過無線電波的方式接收到聲音。也就是說如果你是一名艙外活動的航天員,在艙外航天服中安裝著無線電接收裝置。那麼你就可以聽到你的同伴傳來的無線電信號。由於無線電波是一種電磁波,可以在真空裡傳遞,因此你的無線電接收裝置一旦接收到你同伴傳來的信號,就會立刻將它轉化為聲音,聲音通過航天服內的空氣傳到你的耳中,你就可以聽到聲音了。科學家認為,那些不可知的外星生物發出的聲音,可能只有在這種情況下,人類才能聽到。
第二種情況是聲音通過頭盔與金屬物體的碰撞,經航天服中的空氣傳播的。假設你在太空行走時,不小心頭盔突然撞在飛船上,你將會聽到這個撞擊所發出的聲音,它是通過頭盔與航天服內的空氣傳播的。但是,由於你仍然處於近似真空中的太空中,無論你的腦袋多用力撞飛船,你旁邊的航天員都不會聽到任何撞擊的聲音。
第三種是通過「骨傳導」方式來傳播聲音的。例如,一名航天員在邁出飛船的時候,將臉頰貼在飛船表面,座艙中的聲波通過下巴與頭骨上的骨骼直接進入了內耳,使航天員聽到座艙裡的聲音。在日常生活中,我們也經常遇到這種情況。例如,我們在撓腦袋、吃餅乾、刷牙時所發出的各種聲音,都是通過骨傳導的方式使我們聽到的。
綜上所述,在太空中儘管有很多聲音的發源地,但人類如果不通過特殊的儀器,只靠耳朵是聽不到任何聲音的。所以,儘管好萊塢的編劇們製作了一個又一個精彩絕倫的聲效特寫,實際上只是他們為了獲得更多觀眾的一種美好想像!
航天員「聽到」的神秘聲音
在太空航天員有時會聽到奇怪的聲音,這是怎麼一回事?是不是外太空的聲音傳到航天員的耳朵中呢?例如「神五」返回後,電視臺邀請楊利偉作節目,主持人曾問楊利偉,你在太空上真的從沒有害怕過嗎?這個時候的楊利偉說了一句話,讓電視機前的許多人,記憶猶新,他說:「有,當我在太空中聽到一些從未聽過的聲音的時候……」這些聲音是什麼?是座艙中發出的聲音,還是來自外太空?遺憾的是,當時「神五」沒有加裝錄音存儲設備,無法及時記錄當時的情況,回到地面後,也無法再現那些神秘的聲音。
於是,這個聲音一直是個謎,也被網上炒作得沸沸揚揚。當「神七」航天員返回地面,才弄清楚,原來是因為飛船在軌道飛行時,它朝太陽時溫度很高,而背太陽時溫度很低,這種相差很大的溫度,造成飛船材料的熱脹冷縮,產生這種奇怪的聲音。
奇思妙想:未來的太空「聲音工廠」
那麼,太空聲音是否能夠為人類服務呢?美國科學家正在進行「用聲音創造有形世界」的研究。這一研究源自於一群研究生的奇思妙想——僅僅用聲音創造出一個固態的三維物體。聽起來似乎有些不可思議,但是這是有科學依據的。這一構想實際是「聲音懸浮」現象:在密封的房間裡,聲波從前方的牆壁傳到後牆,然後再反射回來,與新的聲波重疊,如果房間的長度正好與聲音的波長一致,發出的聲波與反射回來的聲波在同一時間會結合成一道「直立的波」,這一「直立的波」是寂靜無聲的。由於周圍氣壓高,任何物體一旦處於這個「聲波牆」內就無法「逃脫工科學家就可以通過這種方式對一些物質「塑形」或形成一種新的物質。
美國科學家在失重的狀態下進行了這項實驗。1997年4月,研究人員第一次在失重飛機上用隔音盒子進行了實驗。在飛機開始第一段拋物線飛行時,研究人員將聲音的頻率穩定在800赫茲,當飛機進行幾秒鐘的自由滑行時,盒子裡的聚苯乙烯小球立起來,形成一道牆。實驗成功了!後來研究人員又先後進行了7次實驗。
其中一次,他們將聚苯乙烯泡沫、做糕餅的材料及其他一些物質的碎屑混合在一起放入盒中,結果發現,比起單一物質,不同的物質的混合物更容易聚合在一起,這是利用聲音將合成物塑造成形的技術的關鍵。科學家確信,如果使用大小合適的盒子和頻率合適的聲波,可以製造出各種各樣的形狀的物質。
科學家今後將在太空中進行一項實驗,目的是證明聲音不但可以製造三維立體造型,而且產品還相當持久堅固。那時,在一個高30釐米直徑4釐米的圓柱體中,聲波將使粉末狀的松脂形成一個直徑2.5釐米的圓盤,然後研究人員再將膠水塗抹於圓盤上,並精確計算好時間,以保證在太空梭再次進入大氣層時,膠水已滲入松脂並凝固。這個實驗旨在測試在太空中製造的材料是否能經受住大氣壓力,這也是這項技術能否應用的關鍵,是在太空建立一個永久「聲音工廠」的第一步。
這項技術有很大的應用前景,只要有原材料,不需用工具,太空「聲音工廠」既能按照要求簡單、快速地製造出複雜精密的儀器或零部件,然後運送到地面。尤其在建立月球或火星基地時用途更大。人類在移居外星時,需要在外星建造實驗室、辦公室、廠房以及居室。如果通過太空梭運送建材,不但要花費好幾年時間,而且造價不菲。如果在外星建立一座「聲音工廠」,只要利用外星上的原材料,在一間浴室大小的車間裡,用一個麥克風和一臺計算機,就可以製造出任何你想要的東西。