Vesmír není homogenní nic. Mezi různými objekty jsou oblaka plynu a prachu. Jsou to pozůstatky po explozích supernov a místo pro vznik hvězd. V některých oblastech je tento mezihvězdný plyn dostatečně hustý, aby šířil zvukové vlny, ale nejsou citlivé na lidský sluch.
Je ve vesmíru zvuk?
Když se předmět pohybuje – ať už je to vibrace kytarové struny nebo explodující ohňostroj – ovlivňuje okolní molekuly vzduchu, jako by je tlačil. Tyto molekuly narážejí do svých sousedů a ty zase do dalších. Pohyb se šíří vzduchem jako vlna. Když se dostane do ucha, člověk to vnímá jako zvuk.
Když zvuková vlna prochází vzduchem, její tlak kolísá nahoru a dolů jako mořská voda v bouři. Doba mezi těmito vibracemi se nazývá frekvence zvuku a měří se v hertzech (1 Hz je jeden kmit za sekundu). Vzdálenost mezi nejvyššími tlakovými vrcholy se nazývá vlnová délka.
Zvuk se může šířit pouze v médiu, jehož vlnová délka není větší nežprůměrná vzdálenost mezi částicemi. Fyzici tomu říkají „podmíněně volná cesta“– průměrná vzdálenost, kterou molekula urazí po srážce s jednou a před interakcí s další. Husté médium tedy může přenášet zvuky krátké vlnové délky a naopak.
Zvuky dlouhých vln mají frekvence, které ucho vnímá jako nízké tóny. V plynu se střední volnou dráhou větší než 17 m (20 Hz) budou mít zvukové vlny příliš nízkou frekvenci, než aby je člověk vnímal. Říká se jim infrazvuky. Kdyby existovali mimozemšťané s ušima, kteří slyší velmi nízké tóny, věděli by jistě, zda lze zvuky slyšet ve vesmíru.
Black Hole Song
Zhruba 220 milionů světelných let daleko, ve středu kupy tisíců galaxií, si supermasivní černá díra hučí nejhlubší tón, jaký kdy vesmír slyšel. 57 oktáv pod středem C, což je asi milion miliardkrát hlubší než lidský sluch.
Nejhlubší zvuk, který lidé slyší, má cyklus přibližně jedné vibrace každou 1/20 sekundy. Černá díra v souhvězdí Persea má cyklus přibližně jedné oscilace každých 10 milionů let.
To vyšlo najevo v roce 2003, kdy kosmický dalekohled NASA Chandra Space Telescope objevil něco v plynu vyplňujícím hvězdokupu Perseus: koncentrované prstence světla a tmy, jako vlnky v jezírku. Astrofyzici říkají, že jde o stopy neuvěřitelně nízkofrekvenčních zvukových vln. jasnější -to jsou vrcholy vln, kde je tlak na plyn největší. Tmavší prstence jsou prohlubně, kde je tlak nižší.
Zvuk, který můžete vidět
Horký magnetizovaný plyn víří kolem černé díry, jako voda vířící kolem odtoku. Při pohybu vytváří silné elektromagnetické pole. Dostatečně silný na to, aby urychlil plyn blízko okraje černé díry téměř na rychlost světla a přeměnil jej v obrovské výbuchy zvané relativistické výtrysky. Přinutí plyn, aby se na své cestě otočil do stran a tento efekt způsobuje děsivé zvuky z vesmíru.
Cestují hvězdokupou Perseus stovky tisíc světelných let od svého zdroje, ale zvuk se může šířit jen tak dlouho, dokud je dostatek plynu k jeho přenosu. Zastaví se tedy na okraji plynového mračna vyplňujícího kupu galaxií Perseus. To znamená, že na Zemi není možné slyšet jeho zvuk. Vliv můžete vidět pouze na oblaku plynu. Vypadá to, jako když se díváte vesmírem na zvukotěsnou kameru.
Podivná planeta
Naše planeta vydává hluboké zasténání pokaždé, když se její kůra pohne. Pak není pochyb o tom, zda se zvuky šíří prostorem. Zemětřesení může způsobit vibrace v atmosféře o frekvenci jednoho až pěti Hz. Pokud je dostatečně silný, může vysílat podzvukové vlny atmosférou do vesmíru.
Samozřejmě neexistuje žádná jasná hranice, kde končí zemská atmosféra a začíná vesmír. Vzduch se postupně ztenčuje, až nakoneczmizí úplně. Od 80 do 550 kilometrů nad povrchem Země je střední volná dráha molekuly asi kilometr. To znamená, že vzduch v této výšce je asi 59krát řidší, než by bylo možné slyšet zvuk. Může přenášet pouze dlouhé infrazvukové vlny.
Když v březnu 2011 otřáslo severovýchodním pobřežím Japonska zemětřesení o síle 9,0, seismografy po celém světě zaznamenaly jeho vlny procházející Zemí a vibrace způsobily nízkofrekvenční vibrace v atmosféře. Tyto vibrace se dostaly až tam, kde gravitační pole Evropské vesmírné agentury a stacionární satelit Ocean Circulation Explorer (GOCE) porovnávají gravitaci Země na nízké oběžné dráze s 270 kilometry nad povrchem. A satelit dokázal zaznamenat tyto zvukové vlny.
GOCE má na palubě velmi citlivé akcelerometry, které řídí iontovou trysku. To pomáhá udržet satelit na stabilní oběžné dráze. 11. března 2011 akcelerometry GOCE detekovaly vertikální posun ve velmi tenké atmosféře kolem satelitu a také zvlněné posuny tlaku vzduchu, jak se šíří zvukové vlny ze zemětřesení. Trysky satelitu korigovaly offset a uložily data, ze kterých se stalo něco jako infrazvukový záznam zemětřesení.
Tento záznam byl klasifikován v satelitních datech, dokud tým vědců vedený Rafaelem F. Garciou tento dokument nezveřejnil.
První zvukvesmír
Kdyby bylo možné vrátit se v čase, zhruba do prvních 760 000 let po velkém třesku, dalo by se zjistit, zda je ve vesmíru zvuk. V té době byl vesmír tak hustý, že se zvukové vlny mohly volně šířit.
Zhruba ve stejnou dobu začaly první fotony cestovat vesmírem jako světlo. Poté se vše konečně ochladilo natolik, že subatomární částice kondenzovaly na atomy. Než došlo k ochlazení, byl vesmír naplněn nabitými částicemi - protony a elektrony - které absorbovaly nebo rozptylovaly fotony, částice, které tvoří světlo.
Dnes dopadá na Zemi jako slabá záře mikrovlnného pozadí, viditelná pouze velmi citlivými radioteleskopy. Fyzici tomu říkají reliktní záření. Je to nejstarší světlo ve vesmíru. Odpovídá na otázku, zda je ve vesmíru zvuk. CMB obsahuje nahrávku nejstarší hudby ve vesmíru.
Světlo na pomoc
Jak nám světlo pomáhá poznat, zda je ve vesmíru zvuk? Zvukové vlny se šíří vzduchem (nebo mezihvězdným plynem) jako kolísání tlaku. Když je plyn stlačen, zahřívá se. V kosmickém měřítku je tento jev tak intenzivní, že vznikají hvězdy. A když se plyn roztáhne, ochladí se. Zvukové vlny šířící se raným vesmírem způsobily mírné kolísání tlaku v plynném prostředí, které následně zanechalo jemné kolísání teploty odrážející se v kosmickém mikrovlnném pozadí.
Použití teplotních změn, fyzikaUniversity of Washington Johnu Kramerovi se podařilo obnovit tyto děsivé zvuky z vesmíru – hudbu rozpínajícího se vesmíru. Frekvenci vynásobil 1026 krát, aby ho lidské uši slyšely.
Ve vesmíru tedy ten křik ve skutečnosti nikdo neslyší, ale zvukové vlny se budou pohybovat skrz mraky mezihvězdného plynu nebo ve vzácných paprscích vnější atmosféry Země.
