Fizika | Csillagászat, űrkutatás » Hargitai Henrik - Az űr hangjai

Az űr hangjai Hargitai Henrik A végtelen csendje A világűr végtelen sötétjével általában a csendet szokták összefüggésbe hozni. Nem csoda, hiszen a vákuumban nem terjed a hang. De valóban olyan néma az űr? A hang, melyet a fülünkkel felfogunk, mechanikai rezgés, melyet a levegő molekulái adnak át egymásnak, végül pedig a dobhártyánknak. A hangot aztán az agyunk alakítja át azzá, amit mély és magas, tompa és éles hangként fogalmazunk meg. A lehetséges mechanikai rezgéseknek csak egy szűk tartományában hallunk mi, emberek, tehát elmondható, hogy a „hallható hang” egy meglehetősen antropocentrikus fogalom. Különösen igaz ez, ha a mai pszichoakusztikus tömörítési eljárásokra gondolunk, mely teljesen a fül és az agy működésének megfelelően vonja ki a „fölösleges” hangokat a hangfájlokból, hogy kis méretű mp3-t kaphassunk. A levegő kiváló közeg az akusztikus hullámok továbbítására, de nem kevésbé jó a

szilárd anyag, például a jég vagy egy bolygó; és természetesen a víz is. A világűrben nincs olyan közeg, mely a mechanikai hullámokat továbbítaná – vagy mégis? Egy fekete lyuk hangja A világűr nem tökéletes vákuum, azaz helyenként a legritkább űrben is előfordulnak részecskék. Ezek azonban olyan ritkán találhatók, hogy a fülünket érve sokat nem hallanánk belőle. Mégis létezik olyan módszer, mely kimutatja az ilyen kozmikus hangokat Ha elég erős egy ilyen hangforrás, a hang láthatóvá válik. A hangot a Csandra röntgentávcső fényképezte le. A hangforrás egy fekete lyuk, a hangszóró szerepét pedig két hatalmas gázfelhő tölti be. A fekete lyuk környezetében keltett energia kelti szabályos időközönként a hanghullámokat, melynek így még a hangmagassága is megállapítható. A nyomás aztán továbbterjed a kozmikus gázfelhőben, akárcsak a normális hang a levegőben. Az atomok ütközése röntgensugárzást kelt, ami

koncentrikus gyűrűket formáz és ezek a gyűrűk már láthatóak a Csandra röntgenteleszkóp számára. A Perzeusz csillagkép egy halmazában keltett lökéshullámok aztán hamar hővé alakulnak és elhalnak. A szférák zenéje Kepler, amikor lekottázta a szférák zenéjét A világok harmóniája című munkájában, úgy vélte, a fizikai törvények harmóniájának megfelelően mozgó bolygók a zenei hangok harmóniájával is kapcsolatba hozhatók. A Naprendszer működése közvetlenül átalakítható zenei hangokká, ahol az egyes bolygók szögsebessége adja meg a megfelelő frekvenciát. Kepler ötletét ma számítógéppel továbbfejlesztették és valóban megalkották a szférák zenéjét: a bolygók Nap körüli, kis mértékben változó sebessége határozza meg a hangmagasságukat. Amikor közel járnak a Naphoz, gyorsabban keringenek, így a hang is magasabb, távol lassabbak és hangjuk is mélyebb. Ha a Napot vesszük középpontnak, a bolygók

körülötte keringenek elliptikus pályán, de ha egy valósabb képet nézünk, és belevesszük azt is, hogy a Nap a Galaxis körül kering és így viszi magával Naprendszerét is, a bolygók mozgása már hullámmozgássá változik. Ez pedig valóban átalakítható zenei hanghullámmá Ugyanígy hullámmozgásként is felfoghatjuk a Hold mozgását, melyet a Föld visz magával Nap körüli útján. A Nap éneke Nem hallható, de attól még létező hangokat keltenek az égitestek is. Ezek mechanikai, vagyis akusztikus rezgések, melyek megfelelő módszerrel rögzítve és felgyorsítva hallható hangokká is alakíthatók. A módszer a doppler-jelenséget használja, azaz képes érzékelni, amikor a Nap felülete közeledik hozzánk, illetve amikor távolodik tőlünk. Ugyanígy működik egy hangszóró membránja is: közeledik és távolodik a hallgatóhoz és közben a levegő molekuláinak átadja a rezgését. A világűrben nincs minek átadni egy égitest

rezgését, így az csak közvetett úton hallható. A legismertebb rezgő égitest a Nap Hangfrekvenciája nagyon mély, rezgései mélyéből jönnek, ahol az energiatermelés folyik. Költői ihletettségű csillagászok a Nap szívveréséhez, mások a Nap énekéhez hasonlítják. A Nap úgy rezeg, vibrál, mint egy megkongatott harang. A hanghullámok ide-oda verődnek belsejében, interferálnak egymással, mint a vízbe dobott kavics keltette hullámgyűrűk. Meglehetősen mély hangok: több, mint 40 ezerszeres sebességre kell gyorsítani, hogy a mi fülünk is érzékelje őket. Így néhány másodpercbe lehet sűríteni 40 napnyi felvételt A Nap oszcillációja sokban hasonlít a földrengésekre, melyek szintén mechanikai rezgések, vagy ha úgy tetszik: hangok. A földrengések hangja A földrengések egy bolygó rezgései. Mivel a Föld állandó mozgásban van, egy geofon, vagyis földbe épített mikrofon állandóan hall egy mormogó háttérzajt. Földrengés

idején a Földkéregben vagy mélyebben felhalmozódó felszültségek kioldódásakor valódi mechanikai rezgés keletkezik, mely ide-oda verődve terjed tovább a Föld belsejében. A hanghullámok a maguk valóságában jelennek meg a felszínen: a talaj felemelkedik, majd megsüllyed: pontosan ez a földrengés. A szeizmométer által felrajzolt cikkcakkos vonalak a hanghullámok, melyek megfelelő programmal visszaalakíthatók hallható hangokká, ám ahhoz, hogy hallható frekvenciájúak legyenek, fel kell gyorsítani őket 20-40-szeres sebességűre. A pulzárok hangja A pulzárok sajátos égi kereplők. Ezen csillagok tömege alig nagyobb, mint a mi Napunké, de anyaguk nem hidrogén és hélium, hanem neutrínók tömege, valójában szupernovaként felrobbant csillagok megmaradt magjai. Átmérőjük mindössze 10-15 km, szemben napunk másfél millió km-es átmérőjével. Méretük és forgási sebességük összefügg: amikor életük végén hirtelen összeomlott

anyaguk, ahogy zsugorodtak, a perdületmegmaradás törvénye miatt úgy gyorsult fel forgásuk, mint a forgó korcsolyázóé. Eközben mágneses terük is megerősödött, de csak mágneses pólusaik mentén bocsátanak ki elektromágneses hullámokat, azaz többségében rádióhullámokat. Mivel ezek a csillagok forognak, csak akkor érzékeljük ezt a rádiósugárzást, amikor épp mifelénk néz mágneses pólusuk. Ez akkor érzékelhető pulzálásként, ha mágneses és forgási tengelyük nem esik egybe, hiszen ha egybeesik, akkor vagy folyamatosan érzékeljük, vagy soha. Olyan ez, mint egy égi világítótorony, mely fénycsóvájával végigsöpör a teljes égbolton. Itt azonban nem villogásként, hanem rádióimpulzusként érzékeljük a jelenséget. Míg a Nap kb 1 hónap alatt fordul meg tengelye körül, a pulzárok egy másodperc vagy még rövidebb idő alatt. A magányos pulzárok lassan elvesztik energiájukat és lelassulnak, de a kettőscsillagból

kialakulók akár gyorsulhatnak is. Míg az egyik csillag összeomlik és pulzárrá alakul, a másik felfúvódik és állandóan anyagot és vele perdületet ad át a pulzárnak. A pulzár így egyre gyorsabban forog A jelenlegi sebességrekorder másodpercenként 716-szor fordul meg tengelye körül. Egy ilyen milliszekundumos pulzár felülete a fénysebesség 1/7-ével mozog, ami alapján elképzelhető, hogy milyen gravitációs erőnek kell jelen lennie ahhoz, hogy a csillag ne szakadjon darabokra. A pulzárok berregő hangját rádiótávcsövek segítségével tudjuk felfogni A kozmikus háttérsugárzás: az ősrobbanás visszhangja Az univerzum „leghangosabb” eseményének, az ősrobbanásnak a „visszhangját” a rádiótávcsövek képesek érzékelni. Az ősrobbanás maga a világegyetem keletkezése, így hangja és visszhangja a teljes univerzumban érzékelhető, akármerre is fordulunk. A jelenség ma kozmikus háttérsugárzás néven ismert. A

mikrohullámú háttérsugárzás az egyik legerősebb bizonyítéka annak, hogy a világegyetem valóban ősrobbanással keletkezett. A háttérsugárzás azonban nem a 0. másodperc „robbanásának” a hangja, hanem akkor keletkezett, amikor a világegyetemben már létrejöttek az atomok és a tér a fény számára átlátszóvá vált. Ez kb 380 ezer évvel az ősrobbanás után történt Az eseményt a kutatók a háttérsugárzás lecsatolódása néven említik. Ez előtt a pillanat előtt az univerzum átlátszatlan volt, mert a fotonok akármerre is indultak, lepattantak a közeli részecskékről. Eddigre hígult fel és hűlt le annyira a világegyetem anyaga, hogy a fotonok szabadon tudtak utazni benne. Ez tehát az első fény, amit láthatunk a világegyetem történetéből. A korai, minden irányban 3 ezer fokos hőmérsékleten izzó univerzumnak ez a visszfénye ma már csak 2,7 K hőmérsékletű mikrohullámnak felel meg, azaz a kb. 15 milliárd év során

jócskán lehűlt De nem teljesen: a világűrt minden irányból betölti ez a stabil háttérsugárzás. Idővel természetesen tovább fog gyengülni energiája. A háttérsugárzást 1965-ben fedezték fel mintegy véletlenül: valamilyen furcsa, zavaró zaj érkezett a világűr felé fordított rádióantennába. A kozmikus háttérsugárzás elektromágneses hullámát hallható hanggá alakítva az FM sáv sistergéséhez hasonló zajként hallhatók. Az ősrobbanás hangja - szimulációban A kozmikus háttérsugárzás elektromágneses sugárzás, azaz a fül számára nem hallható. Egy amerikai kutató, John Cramer megpróbálta az ősrobbanás valódi hangját is előállítani. Az ősrobbanáskor ugyanis valódi mechanikai hullámok is terjedhettek az izzó ősanyagban. Az anyagsűrűség igen nagy volt, tehát a mechanikai hullámok átadása az egyik atomtól a másikig nem lehetet probléma. Az univerzum rendkívül sűrű és forró volt, és ahogy rendkívül gyorsan

tágult, folyamatosan ritkult és hűlt. Így kerülhetett sor a kvarkokból a protonok és neutronok kialakulására, majd az elektronok csatlakozásával az atomok létrejöttére. John Cramer egy matematikai függvényeket hanggá átalakító programba betáplálta a NASA egyik, háttérsugárzást mérő műholdjának adatait és ebből szintetizálta az univerzum első 760 ezer évének hangját. A felvétel természetesen gyorsítva hallható csak az emberi fül számára A villámsípok Az első világháború alatt a német megfigyelők, akik a szövetségesek rádiós telefonbeszélgetéseit akarták volna lehallgatni, furcsa füttyögésre lettek figyelmesek. Később más rádiócsillagászok is megfigyelték a jelenséget, melyet whistlernek neveztek el. A magyar elnevezés már akkor született, amikor fény derült a jelenség eredetére: a villámsípokat a villámok keltik. A Földön szinte bármelyik időpillanatban találhatunk valahol villámot Vagy nálunk, vagy a

trópusok felett, vagy Ausztráliában: valahol villámlik. Így aztán villámsípokat szinte bármikor megfigyelhetünk megfelelő antennával és vevőkészülékkel. A villám olyan kisülés, mely a teljes rádiósávban hallható. Ha középhullámú rádiót hallgatunk, a rádióban is hallhatjuk a közeli villámok hangját, recsegés formájában. Ez azért lehetséges, mert ebben a sávban a rádióműsorokat a hullám amplitúdója, azaz kilengése segítségével kódolják: egy villám által keltett erős kilengést a rádiókészülék recsegésként dekódol. A villámsíp is ugyaninnen ered, de története máshogy folytatódik. A villám keltette elektromágneses hullámok bekerülnek a Föld mágneses mezejébe és az egyik féltekéről átutaznak a másikra, követve a magnetoszféra erővonalait. A mágneses tér ionizált anyagában a magas frekvenciájú hullámok valamivel gyorsabban terjednek, mint az alacsonyak. Az együtt induló recsegés tehát szétválik

frekvencia, azaz analógiával hangmagasság alapján. A hang szétcsúszik: a magas hangok hamarabb odaérnek a Föld másik felére, a mélyek lemaradnak. A villámsípok nagyon alacsony hullámhosszakon érzékelhetők, épp olyanakon, mint amilyen a hallható hang frekvenciája – ám ezek elektromágneses hullámok. A villámok hangja Nem csak a Földön, hanem más bolygókon is megfigyeltek villámokat. Ez a megfigyelés nem mindig a látható fényben történik, hanem könnyebb módszer egy rádiót odavinni és várni a recsegéseket. Ilyen, villámok okozta recsegéseket vett rádiójával, a Voyager 1 és később a Cassini űrszonda a Szaturnusz közelében. Egy villámnak a hangja kb egy-harmincad másodpercig tart, de szinte bármilyen frekvencián hallható. A Szaturnusz, a Jupiter, sőt, a Vénusz bolygón észlelt villámok a tudósokat jelentős kutatnivalóval látják el. Meteorok hangja Az égen talán már mindenki látott hullócsillagot, vagy meteort. Ezek

az apró porszemek rajok alakjában járják a Naprendszert. Valamikor több száz évvel ezelőtt mindegyik rajt egy üstökös hagyta maga mögött. A Föld légkörébe érve a porszemek felizzanak és elégnek Közben azonban nagy energiájú becsapódásuk révén ionizálják a levegő molekuláit, melyek tulajdonsága így megváltozik. Mint a Föld körüli ionoszféra, ezek az ioncsatornák is képesek pár másodpercig arra, hogy visszaverjék a rádióhullámokat. Ezután elenyésznek De ez alatt a pár másodperc alatt az URH sávú rádióadásaink visszaverődnek róluk, amit egy egyszerű rádiókészülékkel is észlelni lehet. A meteorok hangjának meghallgatása nem csak hobbi, hanem alkalmas arra, hogy pontosan meghatározhassuk, hogy hány meteor csapódott a légkörbe egy adott időszakban. Ezzel a módszerrel tehát a felhős idő sem akadály a hullócsillagok megfigyelésére, azaz meghallgatására. Mivel egy ilyen ioncsatorna általában csak a másodperc

töredékéig létezik, azaz kb. addig, amíg a meteor látható, a rádióban hallható hang alapján a jelenséget pingnek nevezték el. A meteorpingek meghallgatásához egy meteorraj érkezésekor olyan helyet kell keresni az FM sávban, ahol nincs adás. Valószínűleg ezt a frekvenciát egy ezer km-es körzeten belül más országok használják. Ha ezen a frekvencián maradunk, ezek a távoli adók, pontosabban ezeknek a meteor nyomáról visszavert hangja lesz hallgató ilyen töredékmásodperces pingek formájában. A nagyobb meteorok vagy tűzgömbök akár több másodpercig is képesek visszaverni egy ilyen távoli rádióadó jelét. Az igazán nagy meteorrajok pedig szinte folyamatos vételt is képesek létrehozni