W próżnej głowie dźwięczy mrowie

Media znów się popisały. Tym razem napisano o odgłosach nagranych w kosmicznej próżni:

Amerykańska agencja kosmiczna (NASA) umieściła w internecie bardzo niezwykłe nagranie dźwięków pochodzących z kosmosu. Są to odgłosy wydawane przez przestrzeń międzygwiazdową. Nagranie przesłał na Ziemię próbnik międzyplanetarny Voyager 1, który jako pierwszy stworzony przez człowieka obiekt opuścił Układ Słoneczny.

Poniższe nagranie powstało z dźwięków odebranych przez instrumenty Voyagera 1 w okresach od października do listopada 2012 r. oraz od kwietnia do maja 2013 r. Naukowcy jako datę opuszczenia przez sondę Układu Słonecznego podają dzień 27 lipca 2012 r. Oznacza to, że nagrane dźwięki są pierwszymi, które udało się nam zarejestrować za pomocą urządzenia znajdującego się poza granicą naszego systemu planetarnego.
 Na filmie pokazano wykres, z którego można wyczytać częstotliwość odbieranych fal. Kolorami natomiast oznaczono natężenie dźwięków (czerwone są najmocniejsze, a niebieskie najsłabsze). [1]

Cóż, zobaczny nagranie:

Brzmi interesująco. Dlaczego jednak artykuł jest bzdurą?

Dźwięk jest mechaniczną falą podłużną rozchodzącą się wewnątrz ośrodka materialnego. Takim ośrodkiem jest zazwyczaj powietrze. Drgająca struna przenosi swą wibrację na powietrze, uderzając o warstewkę tuż przy niej i sprężając ją. Cząsteczki tej warstwy uderzają w warstwę powietrza tuż obok i przekazują jej energię, podobnie jak kulki w znanej zabawce. Ta warstwa powietrza uderza w następną, tamta w kolejną itp tworząc przemieszczającą się falę zmiany ciśnienia. Tymczasem drgająca struna wciąż drga, ponownie, po czasie zależnym od częstotliwości drgań, popychając warstewkę powietrza. Struna drgająca 30 razy w ciągu sekundy, stworzy fale docierające do ucha 30 razy w ciągu sekundy - usłyszymy wtedy dźwięk o częstotliwości 30 Hz czyli bardzo niskie, basowe buczenie.
 Na podobnej zasadzie dźwięk rozchodzi się w wodzie i ciałach stałych. (pouczające może być tu doświadczenie w którym kolega odległy o 50 metrów upuszcza stalowy pręt na szynę, przy której siedzimy, opierając na niej łokieć ręki z palcem wsadzonym do jednego ucha. Dźwięk rozchodzący się przez szynę i naszą rękę słyszymy niemal natychmiast, zaś ten rozchodzący się powietrzem do drugiego ucha po chwili).

A w próżni? Cóż, tam nie ma żadnych cząsteczek które mogłyby przekazać falę. To znaczy może są, w ilości 2-3 cząsteczek na centymetr sześcienny przestrzeni, ale to zbyt mało aby pozwolić na rozchodzenie się dźwięków. W próżni nic nie da się usłyszeć, w związku z czym nie da się usłyszeć tam dźwięków. Artykuł Zakrywców jest zatem bzdurą. Skąd wobec tego dźwięki z nagrania?
Dane użyte w nagraniu pochodzą z przyrządu do badania fal plazmowych. Plazma to naładowane cząsteczki, a więc jony i wolne elektrony. Ich znacznie rozproszenie w próżni powoduje, że nie rekombinują ze sobą tak szybko (nie łączą się w obojętne atomy) i mogą pozostawać w takim stanie dosyć długo. Cząstki naładowane, zgodnie z prawami elektrostatyki, ulegają ruchowi w polu magnetycznym. Efektem takich ruchów jest choćby zorza polarna - rozproszona plazma z wiatru słonecznego wpada w ziemskie pole magnetyczne, zaś jony ulegają odchyleniu; poruszając się wzdłuż linii ziemskiego pola wpadają w atmosferę na wysokości biegunów, tworząc zorze.

Bardzo podobna sytuacja zachodzi gdy cząstki silnie rozproszonej plazmy międzygwiezdnej, wpadają w pole magnetyczne Słońca. Na granicy z polem powstaje lokalne zagęszczenie plazmy, zaś jej cząstki zostają odchylone. Właśnie w tym miejscu znalazł się Voyager.
Jego przyrząd badał drgania cząstek plazmy a konkretnie elektronów, wywołane zmianami zagęszczenia. Wprawdzie jest ich tam bardzo mało - rzędu jednego elektronu na centymetr sześcienny - ale pędzą na tyle szybko że w każdej sekundzie do instrumentu wpada ich dosyć dużo, przy czym zmienne natężenie pól magnetycznych, słonecznego i kosmicznego - powoduje że plazma dociera do detektorów falami. Można te fale przedstawić jako dźwięki, konwertując dane o częstości na częstotliwość dźwięku. Nagranie powstało właśnie w ten sposób.
Wykres pokazuje z jaką amplitudą (kolory) i jaką częstotliwością (oś pionowa) fale plazmy docierały do detektora. Mamy tu dwa zgrupowania sygnałów, o coraz większej częstotliwości. Większa częstość fal plazmy przelicza się na wzrost ogólnego zagęszczenia docierających cząstek. Zauważmy jednak, że wedle wykresu jest to zmiana z 0,05 na 0,1 cząstki na centymetr sześcienny. To wciąż jest próżnia. Gdy Voyager pokazał że opuścił obszar małej gęstości (heliosfera) i zmiennej (heliopauza) a dostał się w obszar nieco większej i stałej gęstości, można było uznać że opuścił heliosferę a tym samym też Układ Słoneczny.

Nagranie to nie są zatem dźwięki, lecz pewne drgania które na dźwięki przekonwertowano. W podobny sposób na dźwięki można przerobić dowolny sygnał radiowy, co już zresztą było źródłem podobnych newsów. Gdy w 2001 roku sonda Voyager przelatywała obok Jowisza, zarejestrowała sygnały radiowe wysyłane przez zorze polarne tej planety. Po przekonwertowaniu na dźwięki powstało nagranie, opisywane jako "Tajemnicze odgłosy z Jowisza", możecie posłuchać tutaj.
Znam też zabawny program, zamieniający na dźwięk sygnały rejestrowane techniką MNR, czyli magnetycznego rezonansu związków chemicznych. "Odgłosy" cząsteczek brzmią jak dzwony. Kiedyś słyszałem nagranie w którym dźwiękiem oddano zmiany funkcji falowej orbitala atomu wzbudzonego. Jacob Kierkegaard nagrał całą płytę w której dźwiękiem oddał zmiany radioaktywności rejestrowane przez czujniki elektrowni atomowej. Wszystko można przedstawić jako dźwięk. Ale nie wszystko jest dźwiękiem...