「聆聽宇宙的聲音」宇宙真的會 “發聲”？來自深空的真實聲音！

宇宙到底是什麼聲音的? 這個問題乍一聽有點不合理。 畢竟,在真正的太空真空環境中, 我們的耳朵其實聽不到任何聲音。 但不妨大膽想象一下, 如果我們擁有一種神奇的通感能力, 只要看到宇宙那些絢爛迷人的影像, 就能自動聽見它們背後獨特的聲音。 那會是一種怎樣的體驗? 不同的天體彷彿不同的樂器。 有的旋律激烈澎湃,有的輕柔溫暖。 也有一些會像恐怖電影一樣, 帶着詭祕又深邃的氣息。 而這一次,它不再只是想象。 在一個全新的科學項目中, 一群可視化科學家與聲音工程師攜手NASA, 真的把宇宙翻譯成了動人的音樂。 他們採用名爲數據可聽化的技術, 把太空望遠鏡捕捉到的影像與數據轉化成聲音, 包括潛得拉S射線、天文臺、哈勃空間望遠鏡、 斯皮策望遠鏡等多項重大任務的貫徹成果。 如今,許多最著名的深空影像, 如銀河系重心、子彈星系團、 創生之柱等,都已經擁有了屬於自己的宇宙配樂。 研究人員將望遠鏡的數據腳本映射成音符和節奏, 再分配不同的樂器,比如鋼琴、小提琴、鐘聲等圖像月亮。 音量越高,物體越遠,音調越低, 不同結構甚至會產生完全不同的聲紋。 令人意外的是,這些由宇宙親自創作的旋律竟然無比和諧, 真正產生了令人沉醉的音樂作品。 所以現在,請準備好耳機,慢慢享受這些來自真實宇宙的聲音。 1.銀河系中心的聲音 這段可聽化處理後的旋律描繪了銀河系中心附近的一個區域, 隨着光標從左到右移動,覆蓋了約400光年的範圍。 聲音代表了光源的位置和亮度。 在圖像右下角有一片發光區域, 旋律在這裏出現了建牆, 它是覆蓋着銀河系超大質量黑洞的發光氣體和塵埃。 2.子彈星系團 這張子彈星系團的照片提供了暗物質的首個直接證據。 暗物質是一類看不見的神祕物質, 但它卻佔據了宇宙的很大一部分。 透過引力透鏡效應, 來自前德拉天文臺的X射線清楚地顯示了兩個合併。 星系團中的高溫氣體從暗物質中掙脫而出的位置。 在將這幅圖片轉換成聲音時, 光標從左向右平移, 每一層數據都被限制在一個特定的頻率範圍內。 顯示暗物質的數據用最低頻率表示, 而X射線則被轉換成了最高的頻率。 哈勃望遠鏡所揭示的圖像中的星系處於中頻率。 在每一層數據中, 從圖像的底部到頂部, 對應的音高隨位置的升高而增加, 越靠近頂部的對象產生的音調越高。 整幅圖像就這樣被編排成了一段悅耳的音樂。 謝壯星雲首次出現在人們的視野中, 自那時起,我們的祖先就對它進行了研究。 現代望遠鏡捕捉到了謝壯星雲持久的引擎, 那是一顆大質量橫行坍縮時形成的快速旋轉中子星。 高速的旋轉和強磁場的結合產生了物質和反物質的噴流, 從它的兩極流出,並從赤道向外流動。 爲了將這些數據轉換成聲音, 光標同樣從左向右平移, 每一種波長的光都與不同種類的樂器對應起來。 來自前德拉天文臺的F射線是銅管樂器, 哈勃望遠鏡的可見光數據是絃樂, 斯皮策望遠鏡的紅外數據則被轉化成了木管樂器。 在每一種聲音中, 越靠近圖像頂部的光所對應的音調越高, 而更亮的光則代表着更響的聲音。 4.超新星1987A 大麥哲倫星雲是銀河系的一個小的半星系。 1987年2月24日, 南半球的天文觀測者在大麥哲倫星雲中觀察到了一個新的天體。 這是幾個世紀以來最明亮的超新星爆炸之一, 它隨後被稱爲超新星1987A。 這段縮時攝影顯示了1999年至2013年間, 前德拉天文臺和哈勃望遠鏡獲得的一系列觀測結果。 它顯示了一個緻密的氣體環, 在恆星變成超新星之前被恆星噴射出來。 當超新星衝擊波通過這個環時, 它發出的光會變得更加明亮。 當焦點掃過圖像時, 數據被轉化成水晶波的聲音, 更亮的光變成了音調更高、聲音更響的音符。 哈勃望遠鏡曾在鷹撞星雲中拍攝到了一張特別而令人驚歎的影像, 星際氣體和塵埃構成了橡皮的形狀。 這張照片後來成爲天文學中最具代表性的照片之一, 並取名創生之柱。 創生之柱附近的區域同樣是銀河系中標誌性的區域, 許多恆星在這裏形成, 和照片中展現的令人驚歎的形態相似。 圖像轉換出的音樂就像是科幻電影中會出現的詭異聲響, 口哨聲和詭異的音調從數據中緩緩流出。 6.先後座A 先後座是一個超新星遺蹟, 距離5月11000光年。 超新星爆發中釋放的四種元素的數據被附和了不同的音樂效果, 隨着光標從中心向外移動, 圖片被轉換成一段頗具音樂性的旋律。 研究人員進行這些創作的目的, 是希望更多人有機會更好地認識宇宙圖像, 包括那些視力障礙人士。 這些音樂同樣給我們提供了一種全新的感官體驗, 探索宇宙似乎聽起來更加浪漫了。 黑洞的聲音聽起來可能比看待近, 它聽起來像煙花爆竹的聲音。 噴的一聲,然後響起嗡嗡的背景聲, 很快這些聲音被像是衝擊波的聲音所取代。 在這一波波的聲音之間, 還有一些隨機的壁包聲。 這是黑洞的聲音, 具體來說, 是一個距離地球於7800光年的黑洞恆星系統天鵝座V404。 煙花爆竹聲是黑洞的聲音, 像衝擊波的聲音是光的回聲, 隨機壁包聲是單個恆星的聲音。 當然,這不是現實中聽到的黑洞聲音, 而是美國國家航空航天局創建的聲境, 用聲音來顯現望遠鏡探測到的太空數據和信息, 即所謂的可聽化處理。 近年來, 天文學家意識到傾聽宇宙之聲的更多好處。 越來越多的天文學家正利用一種全新的可聽化技術, 將天體物理學數據轉化爲音頻信號, 利用聲波處理太空傳來的信息, 幫助發現更多宇宙太空的祕密。 美國佐治亞理工學院的布魯斯·沃克說, 我們的聽覺系統通常能夠做到視覺系統無法做到的事情。 現在, 這一技術已被世界各地的天文臺接受和採用, 有時候聽數據比看更有用, 最早以這種方式在宇宙探索中帶來新發現純屬意外。 1932年, 美國物理學家、無線電工程師卡爾·古特 沾此機利用自己製造的旋轉天線, 無意中聽到了持續不斷的嘶嘶聲, 最終被發現是來自銀河系中心的無線電波, 射電天文學由此起步。 天文學家遊弋式的傾聽太空之聲始於上世紀六七十年代。 1979年, 當旅行者一號飛躍木星的衛星木衛一傳回數據時, 美國愛荷華大學的唐納德·格內特 從監聽信號中識別出了低頻無線電波。 數年後, 他和同事們用聲波來辨別旅行者二號穿越土星環時出現的問題。 2004年, 格內特將從卡西尼號任務中獲取的數據轉化爲升頻信號, 不僅發現了土星上的閃電, 還在土星極光區域發現了電子輻射。 格內特敏銳地意識到, 探索太空奧祕, 傾聽數據信息比觀看數據有用得多。 首先, 可聽化技術創造了一種消化複雜數據的新方法。 英國劍橋大學的安妮塔·扎內拉說, 聲音可傳達多達12個維度的信息, 包括頻率、節奏、空間化等。 其次, 人們可以在關注多種聲音的同時, 過濾掉無用的雜音。 就好比在一個聚會廳裏, 在嘈雜的背景聲中, 我們也能聽到自己身邊朋友的說話聲一樣。 這也是爲什麼可聽化技術被稱爲 既爲久聚會效應的原因。 藉助可聽化技術, 天文學家得以從充斥着 嘈雜背景聲的宇宙信息中發現微弱信號。 引力波就是一個很好的例子。 以兩個黑洞並核的信號爲例, 在一項研究中, 扎內拉模擬了黑洞並核將發出的引力波信號, 並將其插入到激光干涉引力波天文臺的 實際數據集中。 從視覺上無法區分的信號和噪音, 可以用聲音清楚地分辨出來。 在尋找所謂順變過程的天文學分支中, 可聽化技術尤爲重要。 這一天文學分支也被稱爲時宇天文學, 是對太空中相對較短時間尺度上 發生變化的順態物體的研究。 例如,一顆垂死恆星的爆炸 只會保持幾周的亮度, 一顆快速旋轉的中子星的閃光 只能持續幾秒鐘。 迄今爲止,天文學中許多意想不到的偶然發現 都是對順變現象的探測結果。 有人認爲,研究順變過程是發現某些 甚至無法想象其存在的事物的最佳方式。 自2023年起,智利的維拉, 魯賓天文臺每隔三晚就對整個南部天空 進行一次掃描。 這一被稱爲時空遺產調查的項目將持續十年, 爲的是在太空中尋找順態閃光和耀斑。 天文臺的魯賓狂想曲項目 則爲訪客提供以音頻形式表示的 LSST數據的完整訪問權限。 在澳大利亞,一個名爲更深、更寬、 更快的項目已開始利用聲波來監測 順態天文現象。 該項目協調了全球及太空中的 30多個望遠鏡設施, 已在銀河系中發現了數千次順變現象, 其中包括數十顆安買星耀斑、 妖威型超新星、 雙星系統恆星爆炸等順變現象。 如今,天文學家正努力將一些同時傳承 或自己開發的天文數據可聽化技術系統化, 並對其有效性進行嚴格測試。 爲促進相關成果發表、知識交流, 扎內拉與意大利帕杜瓦大學心理學系合作, 設立了首個天文學和心理生學聯合博士學位。 心理生學是研究如何感知聲音的科學, 這一學科的設立是爲了更好地處理天文數據級, 並建立起標準化的方法。 未來,可聽化技術將成爲每個人都可使用的標準技術。 雖然在開頭簡單提到了星體的聲音是從照片, 經由數據轉換,才變成音頻的, 不過我們還是再來了解一下這是如何做到的。 根據NASA的介紹,這些圖像包含着的信息, 比如被鏡頭捕捉到的星體亮度和它們所在的位置, 都可以被技術轉換。 通過聲波化這項技術, 給人們提供了一種觀察宇宙的全新方式, 而不再是一組組冷冰冰的數據或不會動的圖片。 被處理後的聲波可以讓包括盲人在內有視力障礙的人群 能夠聽到來自宇宙的景象,並且瞭解宇宙的美妙。 除了上帝之眼,還有很多星體的都已經被人類聽到了。 比如在2016年被拍到的NGC 77635, 在照片中它就像一個巨大的、絢爛的藍色泡泡, 於是它還有另一個名字——氣泡星雲。 通過聲波轉化,氣泡星雲的藍色部分將被轉換爲高音, 紅色和橙色則是被表現爲低音。 圖片中越亮的地方音量越大, 而亮度變低的地方音量也會隨之變小。 根據星體的不同,也就是照片的不同, 處理成音頻的方法也不同。 比如距離地球約5000光年NGC 2392, 它模糊的外部區域是一個物質盤, 上面點綴着一圈流星,流星的尾巴從中心已經死去的恆星核心中流出來。 在艾斯基摩星雲的內部, 有一團像麻線團一樣的中心區域, 除了像麻線團,它看起來也像正在噼裏啪啦發電。 實際上,中心區域是一個氣泡, 一個被一陣強力的風吹進太空的物質氣泡。 風則是來自被恆星核心中還在高速運動的物質。 要處理這張照片,需要像雷達一樣順時針掃描圖像。 半徑被映射到間距,因此離中心更遠的燈光的間距更高。 星雲外殼的輪廓可以在音調的上升和下降中聽到, 不過音量的大小依然是靠亮度控制。 NASA表示,大天文臺項目展示瞭如何利用不同波長的光來繪製宇宙的圖像。 現在,只有哈勃望遠鏡和錢德拉望遠鏡仍在運行, 繼續爲這首宇宙的交響樂提供圖像, 而康普頓望遠鏡和斯皮策望遠鏡已經退役。 哈勃望遠鏡自從1990年發射後,就成了天文史上最重要的儀表, 到目前爲止它已經運作了33年了,按照計劃, 它大約會在2030年至2040年時退役。 太空望遠鏡的存在幫助天文學家解決了曾經一直困擾着他們的問題, 並且還能證實曾經無法找到證據的學說。 在未來,太空望遠鏡將繼續帶着人類的好奇心,注視着太空。