既然地球上有聲音,那太空中也有吧?還是只是因為你聽不見而已?

2020-12-05 天文在線

百家號獨家內容。

太空中並沒有聲音。如同光和熱,聲音也是一種波。但是,其中有一個主要的區別,就是不同於光和熱(輻射), 聲音需要媒介才能夠傳播。只有通過分子或者粒子,聲音才能從一個地方傳播到另一個地方去。

寬泛地講,電影《絕世天劫》是有史以來寫得最不走心且違背科學的電影,不是之最也是之一。科學家們觀看這部拙劣的影片時,一定會翻白眼,臉抽筋。第一個錯誤是,當鑽入小行星中的核武器爆炸時,碎片在沒有氧氣的情況下卻在小行星上燃燒。第二個錯誤是,被核爆炸轟出小行星至宇宙的不僅有麗芙·泰勒,還有引擎的轟鳴聲。

另一部犯了第二個錯誤的電影是《星球大戰》。宇宙飛船爆炸成碎片的聲音或是導致爆炸的雷射衝擊波飛速移動的聲音,在科學理論中,都是不能接受的。

無論如何不變的是,那些發生在宇宙中(除了在宇宙飛船內部產生的聲音)貫穿整部電影的打鬥情節一定是沒有聲音的。宇宙是寂靜的,就像電影《異形》中這樣提醒我們:「在宇宙中,沒有人會聽到你的尖叫。」不管怎麼說,從理論上而言,正如我們下文發現的,這些電影場景並不是正確的。

為何宇宙中沒有聲音?

如同光和熱,聲音也是一種波。但是,其中有一個主要的區別,就是不同於光和熱(輻射), 聲音需要媒介才能夠傳播。只有通過分子或者粒子,聲音才能從一個地方傳播到另一個地方去。

聲波的產生和傳播是聲源邊緣的遊蕩粒子向外振動而引起的。當一個粒子緊挨著吉他被撥動的弦時,它便開始運動。這個粒子左右搖擺,將它的動能傳遞給它周圍的粒子。周圍的粒子將會把能量再不斷傳遞給它們周圍的粒子,以此類推,直到聲波抵達我們耳中的末梢神經被接收為一種信息。

因此,聲音在宇宙中無法傳播的原因,正是一開始就沒有粒子作為媒介來傳播動能。話雖如此,那麼大氣粒子,超新星爆炸的殘留物和其他塵埃粒子呢?他們同樣不能傳播聲音嗎?

答案是:不能。這些粒子不同於在地球上的粒子,它們挨得不夠近,或者說,它們沒有被充分地壓緊以至於粒子之間不能產生交流。

不要忘記宇宙幾乎是真空的,所以爆炸產生的粒子在瞬間就會分散,以至於分布鬆散無法承載聲音。理論上而言,一片塵埃可以承載聲音,但是振幅會非常小,人耳幾乎聽不見。

對於在宇宙飛船外的太空人,他會看到宇宙飛船爆炸帶來的炫目的熱量與光線,但是他聽不到任何聲音,如同一部無聲電影。對於習慣地球內部物理學的人而言,這可能產生認知的偏差。然而,因為宇宙飛船內部的空氣受到壓縮,所以飛船內部的太空人可以輕易地聽到爆炸聲。

這同樣也能解釋為何太空人不能直接和他們的同伴對話,而是在傳遞信息時必須使用特殊的設備將聲音轉變為無線電,然後在接受終端再把無線電轉變為聲音。所以,宇宙中沒有聲音。但是,等等!如果我們將一個更靈敏的設備對準黑洞呢?

宇宙中幽靈般的聲音

聲音還可以用壓力的不同來定義。當聲音在空氣中傳播時,它會拉伸和壓縮周圍的氣壓。空氣上下振動,這些振動的時間差被稱為聲音的頻率,其單位為赫茲(1赫茲為每秒振動一次,Hz)。

聲音和光線一樣,也有自己的頻譜。如同電磁波譜中光的可視範圍,人類只能聽到頻率為20Hz至20000Hz的聲音,被稱為可聽範圍。頻率低於20Hz的稱為次聲波,而頻率高於20000Hz的則稱為超聲波。

同樣,感知也是非常重要的。因為用於聽覺的器官的限制,我們不能聽到可聽範圍以外的聲音。我們所謂的「聲音」是指那些我們原始器官能夠調節到的特定的頻率範圍。任何低頻或高頻的事物我們都不會注意到。

圖解:眾所周知,蝙蝠利用超聲波來導航,就像有些動物可以感知紅外線然而我們不能。(圖片來源:National Wildlife / Wikimedia Commons)

理論上而言,聲音是允許在宇宙中傳播的。它們可以像電磁振動一樣,在相似的波長中傳播。藉助高靈敏的助聽設備,如錢德拉X射線太空望遠鏡,NASA已經記錄到了來自宇宙的聲音。

在距離地球25000萬光年的英仙座星系團中,天文學家們發現了一個超級黑洞正在不斷發聲。他們觀察到氣體中的波紋充滿了整個星系團,發出宇宙中任何物體都不能感知到的最低沉的聲音——降b調,比C中音低57個八度。這比我們能夠聽到的最低頻率還要低千億倍!

英仙座是銀河系中最明亮的星系團,並且不斷向外散發x射線,這就使它成為了尋找宇宙中的聲波的最佳場地。聲波會在星系團中通過氣體不斷反射。經過測量可以發現,電磁脈衝是由足以吞噬黑洞的熾熱磁化氣體的運動產生的。

(圖片來源:NASA Blueshift/網絡相冊)

同樣,因為大氣層中粒子的突然傾斜,地震也被記錄到能夠產生低頻的聲音。地球的振動引起大氣層中的低頻振動,渾厚的聲波將會傳播到宇宙中去。NASA已經彙編了我們太陽系中所有行星的聲音,甚至還有太陽的!

這些聲音可能會讓你毛骨悚然,但你可以在這裡聽到它們。這些聲音是搭載高靈敏設備的宇宙飛船經過時採集的無線電波。當無線電波轉變為聲音時,這些雕像般的行星就像萬聖節的南瓜燈一般,發出了幽靈般的聲音。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. sciabc

NASA.gov

Cornell University

Northwestern University

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