By Mara Johnson-Groh
NASA’s Goddard Space Flight Center
Kosmos nie jest cichy. Kipi od naładowanych cząstek, które – przy pomocy odpowiednich narzędzi – możemy usłyszeć. Właśnie tym zajmują się naukowcy NASA z misji Van Allen Probes. Dźwięki zarejestrowane przez misję pomagają naukowcom lepiej zrozumieć dynamiczne środowisko kosmiczne, w którym żyjemy, dzięki czemu możemy chronić satelity i astronautów.
Tak brzmi przestrzeń kosmiczna.
https://blogs.nasa.gov/sunspot/wp-content/uploads/sites/289/2018/12/whistler.mp3
Dla niektórych brzmi to jak wycie wilków, ćwierkanie ptaków lub lasery kosmitów. Ale te fale nie są tworzone przez żadne z tych stworzeń – zamiast tego są one tworzone przez pola elektryczne i magnetyczne.
Gdybyś wskoczył na pokład statku kosmicznego i wystawił głowę przez okno, nie byłbyś w stanie usłyszeć tych dźwięków tak, jak dźwięki na Ziemi. To dlatego, że w przeciwieństwie do dźwięku – który jest tworzony przez fale ciśnienia – ta kosmiczna muzyka jest tworzona przez fale elektromagnetyczne znane jako fale plazmowe.
Fale plazmowe koronkują lokalne środowisko kosmiczne wokół Ziemi, gdzie podrzucają pola magnetyczne tam i z powrotem. Rytmiczna kakofonia generowana przez te fale może być głucha dla naszych uszu, ale sondy Van Allena NASA zostały zaprojektowane specjalnie po to, by ich słuchać.
Instrument Waves, część pakietu instrumentów Electric and Magnetic Field Instrument Suite and Integrated Science – EMFISIS – na sondach Van Allena, jest wrażliwy zarówno na fale elektryczne, jak i magnetyczne. Sonduje je za pomocą trzech czujników elektrycznych, jak również trzech magnetometrów z cewkami szukającymi, które poszukują zmian w polu magnetycznym. Wszystkie instrumenty zostały specjalnie zaprojektowane tak, aby były bardzo czułe przy jednoczesnym zużyciu jak najmniejszej ilości energii.
Tak się składa, że niektóre fale elektromagnetyczne występują w naszym słyszalnym zakresie częstotliwości. Oznacza to, że naukowcy muszą tylko przetłumaczyć fluktuujące fale elektromagnetyczne na fale dźwiękowe, aby można je było usłyszeć. Efektywnie, EMFISIS pozwala naukowcom podsłuchiwać przestrzeń.
Gdy sondy Van Allena podróżują przez falę plazmy z wahaniami pól magnetycznych i elektrycznych, EMFISIS studiously rejestruje zmiany. Kiedy naukowcy kompilują dane, znajdują coś, co wygląda tak:
Whistler Waves Recorded by NASA’s Van Allen Probes. Credit: University of Iowa
Ten film pomaga naukowcom zwizualizować dźwięki dochodzące z kosmosu. Cieplejsze kolory pokazują nam bardziej intensywne fale plazmy, jak przemywają nad statkiem kosmicznym. Dla tych konkretnych fal generowanych przez błyskawice, wyższe częstotliwości podróżują szybciej w przestrzeni niż te o niższych częstotliwościach. Słyszymy to jako gwiżdżące tony zmniejszające swoją częstotliwość. Te konkretne fale są przykładem fal whistler. Są one tworzone, gdy impulsy elektromagnetyczne z uderzenia pioruna podróżuje w górę do zewnętrznej atmosfery Ziemi, po linii pola magnetycznego.
Poniżej 0,5kHz (sam dół wykresu w wideo) dźwięk jest wypełniony tym, co są znane jako gwizdki protonów. Tego typu fale powstają w wyniku oddziaływania gwizdków wywołanych uderzeniem pioruna z ruchem protonów, a nie elektronów. Niedawno misja Juno NASA zarejestrowała gwizdki o wysokiej częstotliwości wokół Jowisza – po raz pierwszy słyszano je wokół innej planety.
Oprócz gwizdków piorunowych zarejestrowano całą menażerię zjawisk. Na tym filmie słyszymy krzykliwy hałas wydawany przez inny rodzaj fal plazmowych – fale chorusowe.
Fale chorusowe zarejestrowane przez należące do NASA sondy Van Allena. Credit: University of Iowa
Tony fal plazmowych zależą od sposobu, w jaki fale oddziałują z elektronami i jak przemieszczają się w przestrzeni. Niektóre rodzaje fal, w tym te fale chorusowe, mogą przyspieszać elektrony w przestrzeni okołoziemskiej, czyniąc je bardziej energetycznymi. Oto inny typowy przykład fal chorusowych.
Fale chorusowe zarejestrowane przez należące do NASA sondy Van Allena. Credit: University of Iowa
Naukowcy z NASA rejestrują te fale nie ze względu na zainteresowania muzyczne, ale dlatego, że pomagają nam one lepiej zrozumieć dynamiczne środowisko kosmiczne, które zamieszkujemy. Te fale plazmy pukają o wysokoenergetyczne elektrony pędzące wokół Ziemi. Niektóre z tych uwolnionych elektronów wirują w kierunku Ziemi, gdzie oddziałują z naszą górną atmosferą, powodując zorze polarne, choć inne mogą stanowić zagrożenie dla statków kosmicznych lub telekomunikacyjnych, które mogą zostać uszkodzone przez ich silne promieniowanie.
.