首页 » 国外科研 >

旅行者1号介绍星际空间的“声音”

2021-05-28 14:50:14来源:

一个新的ScienceCast视频回答了这个问题,星际空间听起来像什么?


随着旅行者1号从太阳系中退缩,研究人员正在收听“星际音乐”(又称等离子波),以了解有关太阳圈以外条件的更多信息。

当虚空中的爆炸声发出声音时,科幻电影有时会受到批评。俗话说:“在太空中,没有人能听到你的尖叫声。”没有空气,就没有声音。

但是,如果这是真的,那么空间物理学家Don Gurnett在2013年9月的NASA新闻发布会上说他已经听到“星际空间的声音”时在说什么呢?

事实证明,如果您会听的话…,空间可以创造音乐。

古纳特(Gurnett)是爱荷华大学(University of Iowa)的詹姆斯·范·艾伦(James Van Allen)物理学教授,也是旅行者1号上等离子波科学仪器的首席研究员。在新闻发布会上,他为观众播放了一些等离子波数据。他解释说,这些声音是旅行者1号离开了太阳圈的确凿证据。

太阳圈是围绕太阳和行星的巨大的磁泡。从本质上讲,它是太阳磁场因太阳风而膨胀到很大的比例。在日光层内部是“家”。外面是星际空间,星际空间。

数十年来,研究人员一直坐在座位旁,等待航海家号探测器离开。具有讽刺意味的是,NASA花了将近一年的时间才意识到突破已经发生。原因是由于来自遥远太空飞船的传输节奏很慢。老式磁带录音机上存储的数据每三到六个月播放一次。这样就需要更多的时间来处理读数。

2013年夏天,当等离子波仪器的数月之久的数据到达他的办公桌时,古尼特回忆起了发现的激动。遥远的色调是决定性的:“旅行者1号穿越了马路。”

严格来说,等离子波乐器无法检测声音。取而代之的是,它感应旅行者航行通过的电离气体或“等离子体”中的电子波。人耳听不到这些等离子波。但是,由于它们出现在几百到几千赫兹之间的音频频率上,因此“我们可以通过扬声器播放数据并聆听,”古纳特说。“音高和频率告诉我们围绕航天器的气体密度。”


该动画结合了两种显示电子等离子体振荡的旅行者等离子波科学(PWS)观测结果的方法,这为推断航天器现在处于星际空间提供了基础。该图形称为频谱图,它显示了作为频率(垂直轴)和时间(水平轴)的函数的波幅(红色是最强烈的,蓝色是最不强烈的)。在许多方面,该频谱图就像一个声纹,显示了声音频谱随时间的变化。声轨再现了观察到的等离子波的幅度和频率。跨频谱图移动的垂直白色条将声轨链接到图形。

从大约1.75千赫兹到3.5千赫兹的频率范围是PWS检测到的实际频率范围的一部分,并且完全在音频频率范围内。重要的是,该频率与航海家附近的单位体积的电子数直接相关,并且对应于每10立方厘米约1个电子或侧面约1英寸的立方。此演示文稿的时间范围为225天或超过7个月,而播放音频文件仅需约12秒。因此,时间压缩约为160万比1。应该注意的是,这种压缩是以不改变频率的方式进行的。

在此动画中,有两个有趣的事件。在2012年10月至11月的时间范围内,有一个接近2.1 kHz的音调,其频率逐渐增加。同样,在2013年4月至5月的时间范围内,还有另一个事件,强度稍高一些,频率更高,接近2.6 kHz。我们得出的结论是,这两个事件表明向更高频率的持续趋势。动画中出现的第二个图形框架包括一条虚线,显示了这种频率的增加,并表明随着Voyager从绝经期向外移动(在2012年8月25日越过),电子的密度在此时间间隔内持续增加。

当“旅行者1号”位于太阳圈内部时,其音调很低,约为300 Hz,是典型的等离子波通过稀少的太阳风发出的声音。在外面,频率跳到2至3 kHz之间的较高音调,对应于星际介质中的气体密度更高。过渡音乐传到了Gurnett的耳朵。

到目前为止,旅行者1号已经录制了两次“星际等离子音乐”爆发,一次是在10月至11月。 2012年和2013年4月-2013年5月。两者都因太阳活动的爆发而兴奋。

“我们需要太阳事件来触发等离子体振荡,”古纳特说。

关键参与者是CME,它们是在太阳磁场爆发时会喷向太空的炽热气体云。典型的CME到达地球需要2或3天,而到达旅行者号则需要整整一年或更长的时间。当CME通过等离子体时,它会激发类似于手指弹奏吉他弦的振动。Voyager的等离子波乐器可以聆…听和学习。

格尼特说:“我们处在一个完全未开发的空间区域中。”“我希望那里会有一些惊喜。”

格尼特特别希望不受太阳风暴激发的等离子波。他推测,来自太阳系外部的激波锋可能正在穿越星际介质。如果这样的话,它们将激发旅行者1号坠入恒星领域时会遇到的新等离子波。

接下来的“声音”可能确实令人惊讶。

图像:NASA / JPL-加州理工学院