Только для любителей космоса и научной фантастики: Как в NASA озвучили КОСМОС. Сонификация. Часть 2

Как я и обещал, выкладываю все остальные доступные на сегодня сонификации, которые были сделаны в NASA на основе данных различных телескопов. Начало тут: https://author.today/post/768110. В предыдущем посте я рассказал:

1. О первой настоящей фотографии черной дыры
2. Один из самых ярких взрывов сверхновых за столетия
3. Дуэт белого карлика и красного гиганта
4. Удивительно красивая структура - «Квинтет Стефана»: четыре галактики движутся вокруг друг друга, удерживаемые гравитацией, а пятая галактика находится в кадре снимка, но на самом деле очень далека.
5. Действительно ли черная дыра может издавать звук?
6. Гигантская Черная дыра в туманности М87
7. Галактика "Водоворот" (M51) имеет идеальную ориентацию для наблюдения с Земли
8. Туманность Кошачий глаз (NGC 6543)
9. И легендарная туманность «Столпы творения» (M16)

В этом посте не только великолепные виды самых знаменитых туманностей, но также вы узнаете много интересных фактов о Вселенной:

1. В центре нашей галактики - Черная дыра
2. Какую туманность наблюдают астрономы Земли с 1054 года?
3. Когда и где было получено первое прямое доказательство существования темной материи, загадочной невидимой субстанции, составляющей подавляющее большинство материи во Вселенной?
4. Невероятная фотография остатка сверхновой Тихо
5. Черная дыра вампир
6. Одна из самых красивых и необычных визуализаций Туманности Гомункул
7. Изображение самого-самого глубокого космоса - это так далеко, что даже представить невозможно
8. Разбор одной из самых знаменитых фотографий туманностей - Киля с её "космическими скалами"
9. Где найти все экзопланеты? Есть ли каталог? Как послушать атмосферу одной из них?
10. И много других галактик и туманностей!

Так что на данный момент это наиболее полный обзор этой темы. Ниже очень много букв, не удивляйтесь. Материал собирал в разное время, адаптировал и переводил с официального сайта. Материалы есть в моеё группе ВК: https://vk.com/asahichang, однако тут они собраны все в одном месте, а там разбросаны по постам. Также материал продублирован в моём Дзен: https://dzen.ru/laniakeapro.

Как звучит центр нашей галактики Млечный Путь?

Разные телескопы обнаруживают разные типы света. То, что фиксируют телескопы, записывается в виде цифровых данных. Эти данные затем можно перевести в визуальные эффекты или даже звуки. Представляем астрономические наблюдения, записанные в форме звука и наложенные на изображение.

Звучание начинается с левой стороны изображения и движется вправо, при этом звуки отражают положение и яркость источников. Свет объектов, расположенных в верхней части изображения, воспринимается как более высокий тон, а интенсивность света регулирует громкость. Звезды и компактные источники преобразуются в отдельные ноты, а обширные облака газа и пыли создают развивающийся дрон. Крещендо происходит, когда мы достигаем яркой области в правом нижнем углу изображения. Именно здесь находится сверхмассивная черная дыра массой 4 миллиона солнечных масс в центре Галактики, известная как Стрелец А*, и где облака газа и пыли самые яркие.

Вы можете прослушивать данные из этого региона диаметром примерно 400 световых лет либо в режиме «микса», либо в режиме «соло». Отдельные аудиотреки от рентгеновской обсерватории «Чандра», космического телескопа «Хаббл» и космического телескопа «Спитцер» или можно услышать их вместе как ансамбль (прикреплено к посту), в котором каждый телескоп играет на своем инструменте. На каждом изображении показаны различные явления, происходящие в этом регионе примерно в 26 000 световых годах от Земли. Изображение Хаббла очерчивает энергетические области, где рождаются звезды, а инфракрасные данные Спитцера показывают светящиеся облака пыли, содержащие сложные структуры. Рентгеновские лучи Чандры показывают газ, нагретый до миллионов градусов в результате звездных взрывов и истечения из Стрельца А*.

На этом изображении показана область вокруг центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути в инфракрасном (оранжевый и фиолетовый) и рентгеновском свете (синий). Изображение сканируется слева направо, а данные преобразуются в звук. Яркость объектов представлена громкостью, а вертикальные положения источников на изображении отображаются в музыкальных тонах. Рентгеновские лучи воспроизводятся с помощью мягкого синтезатора, а инфракрасные данные воспринимаются как басовые ноты и щипковые звуки. Самая яркая область в середине изображения (и, следовательно, самая громкая) — это место, где находится черная дыра Sgr A*. Именно в эту область телескоп «Горизонт событий» смог получить первое изображение самого Стрельца А*.

Крабовидная туманность

Эта туманность изучается людьми с тех пор, как она впервые наблюдалась на небе Земли с 1054 года нашей эры. Современные телескопы запечатлели ее надежный "двигатель", приводимый в движение быстро вращающейся нейтронной звездой, образовавшейся в результате коллапса массивной звезды. Сочетание быстрого вращения и сильного магнитного поля порождает струи материи и антиматерии, отлетающие от полюсов и разбегающиеся от экватора. Для перевода этих данных в звук, который также панорамируется слева направо, каждая длина волны света сочетается с различным семейством инструментов. Рентгеновские лучи от Чандры (синий и белый на картинке) — это медные духовые трубы, данные оптического света от Хаббла (фиолетовый) — это струнный, а инфракрасные данные от Спитцера (розовый) можно услышать в деревянных духовых инструментах. В каждом случае свет, попадающий в верхнюю часть изображения, воспроизводится как более высокие ноты, а более яркий свет воспроизводится громче.

Скопление Пуля (1E 0657-56)

Чем знаменито это скопление? Оно предоставило первое прямое доказательство существования темной материи, загадочной невидимой субстанции, составляющей подавляющее большинство материи во Вселенной. 

Рентгеновские снимки Чандры (розовый) показывают, где горячий газ в двух сливающихся скоплениях галактик был вырван из темной материи, что видно посредством процесса, известного как «гравитационное линзирование» в данных Хаббла (синий) и наземных телескопов. При преобразовании этого в звук данные перемещались слева направо, и каждый слой данных был ограничен определенным частотным диапазоном. Данные, показывающие темную материю, представлены самыми низкими частотами, а рентгеновские лучи относятся к самым высоким частотам. Галактики на изображении, обнаруженном по данным Хаббла, многие из которых находятся в скоплении, находятся на средних частотах. Затем внутри каждого слоя высота тона увеличивается от нижней части изображения к верхней, чтобы объекты, расположенные ближе к верху, воспроизводили более высокие тона.

Туманность Южное Кольцо

Перед вами сонификация одной из самых известных и любимых читателями и астрономами туманности - Южное Кольцо. Телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» обнаружил два изображения туманности Южное кольцо — в ближнем инфракрасном свете (слева) и в среднем инфракрасном свете (справа) — и каждый из них был адаптирован для звука. Звуки созданы на основе цифровых данных, которые записали телескопы в разных диапазонах.

Две звезды вращаются вокруг друг друга в центре этой планетарной туманности. Меньшая и более тусклая красная звезда на изображении в средней инфракрасной области справа подходит к концу своего существования — она выделяла слои газа и пыли в течение тысяч лет. Ее компаньон, более яркая и крупная звезда на обоих изображениях, вызвал эти выбросы. Теперь вы сможете не только увидеть, но и четко услышать звезды и окружающие их оболочки материала.

При этой ультразвуковой обработке цвета изображений были сопоставлены с высотой звука — частоты света преобразовывались непосредственно в частоты звука. Ближний инфракрасный свет представлен более высоким диапазоном частот в начале трека. В середине ноты меняются, становясь в целом ниже, отражая тот факт, что средний инфракрасный диапазон включает в себя более длинные волны света.

Слушайте внимательно на 15 секундах и 44 секундах. Эти ноты совпадают с центрами изображений в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, где появляются звезды в центре «действия». На изображении в ближнем инфракрасном диапазоне, с которого начинается трек, отчетливо слышна только одна звезда с более громким лязгом. Во второй половине трека слушатели услышат низкую ноту непосредственно перед более высокой нотой, что означает, что две звезды были обнаружены в среднем инфракрасном свете. Нижняя нота представляет более красную звезду, создавшую эту туманность, а вторая — звезду, которая кажется ярче и крупнее.

Эта ультразвуковая обработка не представляет звуки, записанные в космосе. Два музыканта сопоставили данные телескопа со звуком, тщательно сочинив музыку, представляющую ближний и средний инфракрасный свет, специально для того, чтобы услышать их контрасты. В каком-то смысле это озвучивание похоже на современный танец или абстрактную живопись — оно превращает два изображения Уэбба в новую среду, чтобы привлечь и вдохновить вас.

Невероятная фотография остатка сверхновой Тихо

Начиная с центра, ультразвуковое излучение остатка сверхновой Тихо расширяется по кругу. Изображение содержит рентгеновские данные с Чандры, где различные цвета представляют собой небольшие полосы частот, связанные с различными элементами, которые движутся как к Земле, так и от нее. Например, красный цвет означает железо, зеленый — кремний, а синий — серу. Озвучивание соответствует этим цветам, поскольку красный свет воспроизводит самые низкие ноты, а синий и фиолетовый создают более высокие ноты. Цвет варьируется по остатку, но самые низкие и высокие ноты (красный и синий) доминируют вблизи центра и к краям остатка присоединяются другие цвета (ноты среднего диапазона). Белый соответствует полному диапазону частот света, наблюдаемого Чандрой, который наиболее силен ближе к краю остатка. Этот свет преобразуется в звук и более прямым способом: частоты света интерпретируются как частоты звука, а затем сдвигаются на 50 октав ниже, чтобы они попадали в диапазон человеческого слуха. Различные пропорции железа, кремния и серы в остатке можно услышать в изменении количества низко-, средне- и высокочастотных пиков звука. Поле звезд на изображении, наблюдаемое Хабблом, воспроизводится как ноты на арфе, высота звука определяется их цветом.

Черная дыра в туманности М87

Она изучается учеными на протяжении десятилетий, приобрела статус знаменитости в науке после первого релиза проекта Телескопа Горизонта Событий (EHT) в 2019 году. Это ультразвуковое исследование не содержит данных EHT, а скорее рассматривает данные других телескопов, которые наблюдали M87 в гораздо более широких масштабах примерно в то же время.

Изображение в визуальной форме содержит три панели, которые представляют собой сверху вниз рентгеновские лучи от теелскопа Чандра, оптический свет от космического телескопа Hubble и радиоволны от Большой миллиметровой решетки Атакамы в Чили. Самая яркая область слева на изображении — это место, где находится черная дыра, а структура в правом верхнем углу — это струя, созданная черной дырой. Джет создается материалом, падающим на черную дыру. Ультразвуковая обработка сканирует трехуровневое изображение слева направо, при этом каждая длина волны сопоставлена с различным диапазоном слышимых тонов. Радиоволны отображаются в самые низкие тона, оптические данные — в средние тона, а рентгеновские лучи, обнаруженные Чандрой, — в самые высокие тона. Самая яркая часть изображения соответствует самой громкой части ультразвукового сигнала, где астрономы обнаруживают черную дыру массой 6,5 миллиардов солнечных, которую сфотографировал EHT.

Кстати, в моей книге появляется упомянутый джет, который выбрасывает черная дыра:

https://author.today/reader/528680

Черная дыра вампир V404 Cygni

Одной из удивительных особенностей черных дыр является то, что, хотя свет (например, радио, видимый и рентгеновский) не может выйти из них, окружающий материал может производить интенсивные всплески электромагнитного излучения. Двигаясь наружу, эти вспышки света могут отражаться от облаков газа и пыли в космосе, подобно тому, как лучи света от фар автомобиля рассеиваются от тумана.

Новая ультразвуковая технология превращает эти «световые эхо» из черной дыры под названием V404 Cygni в звук. Расположенная примерно в 7800 световых годах от Земли система V404 Лебедя представляет собой систему, содержащую черную дыру с массой от пяти до десяти масс Солнца, которая вытягивает материал из звезды-компаньона (космический вампиризм), находящейся на орбите вокруг нее. Материал направляется в диск, окружающий черную дыру звездной массы.

Этот материал периодически генерирует всплески радиации, в том числе рентгеновской. По мере того, как рентгеновские лучи распространяются наружу, они сталкиваются с облаками газа и пыли между V404 Лебедя и Землей и рассеиваются под разными углами. Рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» и обсерватория Нила Герельса Свифта сфотографировали эхо рентгеновского света вокруг V404 Лебедя. Поскольку астрономы точно знают, как быстро распространяется свет, и определили точное расстояние до этой системы, они могут рассчитать, когда произошли эти извержения. Эти данные, а также другая информация помогают астрономам узнать больше о пылевых облаках, включая их состав и расстояния.

Перед вами составная фотография от трех разных обсерваторий: от Swift красные концентрические пятна, от Чандры сине-неоновые концентрические элементы, и на фоне вы видите черное небо со звездами - это оптический диапазон, то есть то что видишь глазами.

На видео ультразвуковой обработки V404 Cygni изображена туманная ярко-синяя точка, окруженная тремя концентрическими светящимися темно-красными кольцами на черном фоне (фото от Swift). Кольца радиации зернистые и размытые, напоминающие изогнутые следы шин, оставленные на мокром снегу. Самое маленькое кольцо, ближайшее к синей точке в центре, самое плотное и яркое. Самое большое кольцо, наиболее удаленное от ядра, наиболее слабое и, похоже, рассеялось. Кольца радиации наблюдались по рентгеновским данным, собранным обсерваторией Нила Герельса Свифта. На видео вы видите расширяющийся из ядра тонкий белый круг. Когда он проходит по кольцам, точки данных потрескивают. Чем ярче кольцо, тем громче звук.

Похожие светящиеся концентрические (радиационные) кольца ярко-неоново-синего цвета отражают данные, собранные рентгеновской обсерваторией Чандра. Здесь видны явные разрывы визуализируемого излучения в верхних углах и в прямой горизонтальной линии, проходящей через центр кадра, как будто части колец были удалены движениями ластика. Эти пустые пятна представляют собой области за пределами поля зрения Чандры. Когда тонкий белый круг расширяется, излучение, которое он омывает, преобразуется в более высокочастотные хлопающие звуки.

Черное небо, усеянное точками белого и бледно-голубого света - это оптический диапазон - звезды системы V404 Лебедя. Когда тонкий белый круг расширяется, каждая звезда, с которой он сталкивается, вызывает музыкальную ноту. Громкость и высота звука связаны с яркостью звезд.

Туманность Гомункул

Известно, что у массивных звезд случаются крупные вспышки. Перед вами "Эта Киля", одна из самых массивных известных звезд, выбросила около 10% своей массы во время "Великой вспышки" в 19 веке, создав вокруг себя небольшую туманность, названную туманностью Гомункул. Данные, полученные в световых волнах разной длины, раскрывают разные структуры, каждая из которых дает больше информации о вспышках двойной звезды Эта Киля. Эта ультразвуковая обработка транслирует трехмерную модель Эта Киля, вращающуюся в центре. Сначала воспроизводятся данные космического телескопа Хаббл, затем оптический свет, затем ультрафиолетовый свет, затем переходят к излучению атомов водорода и, наконец, к рентгеновским лучам от Чандры. Каждый тип света наслаивается на предыдущий, пока последняя часть ультразвука не становится хором света и звука.

Это самый-самый глубокий космос

Это самое глубокое изображение, когда-либо полученное с помощью рентгеновских лучей, представляющее более семи миллионов секунд времени наблюдения телескопа Чандры. По этой причине, а также потому, что наблюдаемое поле находится в южном полушарии, астрономы называют этот регион «Южным глубоким полем Чандры». На первый взгляд может показаться, что это изображение звезд. Скорее всего, почти все эти разноцветные точки — это черные дыры или галактики. Большинство из них представляют собой сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центрах галактик. При такой обработке данных цвета определяют тона по мере перемещения полосы от нижней части изображения к верхней. Точнее, цвета ближе к красному концу радуги воспринимаются как низкие тона, а цвета ближе к фиолетовому относятся к более высоким. Свет, который на изображении выглядит ярко-белым, воспринимается как белый шум. Широкий диапазон музыкальных частот представляет собой полный диапазон рентгеновских частот, собранных Чандрой этого региона. На визуальном цветном изображении этот большой частотный диапазон рентгеновских лучей пришлось сжать, чтобы он отображался как красный, зеленый и синий для рентгеновских лучей низкой, средней и высокой энергии. Однако при воспроизведении в виде звука все данные можно ощутить. Когда произведение сканирует вверх, стереопозиция звуков может помочь различить положение источников слева направо.

Звездное скопление Вестерлунд 2

Вестерлунд - это не название из фэнтези истории, это название компактного молодого звёздного скопления (возможно, даже звёздное сверхскопление) в Млечном пути, расположенное примерно в 20 000 световых годах от Земли.

Молодые звезды возрастом от 1 до 2 миллионов лет горячее на 38 000 градусов и ярче солнца в 230 000 раз. В форме визуального изображения данные Хаббла (зеленый и синий) показывают густые облака, в которых формируются звезды, а рентгеновские лучи, видимые с Чандры (фиолетовый), проникают сквозь эту дымку.

В нашей ультразвуковой версии этих данных, которые мы зовем сонификацией, звуки распространяются слева направо по полю зрения, а более яркий свет производит более громкий звук. Высота нот указывает на вертикальное положение источников на изображении, причем более высокие тона ближе к верхней части изображения.

Данные «Хаббла» воспроизводятся на струнах, которые либо натягиваются для отдельных звезд, либо сгибаются для диффузных облаков. Рентгеновские данные Чандры представлены колокольчиками, а более рассеянный рентгеновский свет воспроизводится более устойчивыми тонами.

Туманность Киля

Это большое облако газа и пыли, в котором формируются или уже сформировались звезды. Сонификация показывает изображение "космических скал" в туманности Киля в ближнем инфракрасном диапазоне, полученное телескопом Уэбб НАСА, в симфонию звуков. Музыканты присвоили уникальные ноты полупрозрачным, прозрачным областям и очень плотным областям газа и пыли в туманности, кульминацией которых стал гудящий звуковой ландшафт. Получился очень яркий и насыщенный звук, передающий детали этой гигантской газовой полости, напоминающей горный хребет.

Газ и пыль в верхней половине изображения представлены синими оттенками и ветреными, похожими на гудение звуками. Нижняя половина изображения, представленная румяными оттенками оранжевого и красного, имеет более четкую и мелодичную композицию.

Более яркий свет на изображении громче. Вертикальное положение света также определяет частоту звука. Например, яркий свет в верхней части изображения звучит громко и высоко, а яркий свет в середине — громко и низко. Более тусклые, запыленные области, которые кажутся ниже на изображении, представлены более низкими частотами и более четкими, неискаженными нотами.

Отдельные дорожки ниже легче различить извилистую мелодическую линию, которая представляет «горный хребет» туманности, когда она поднимается и опускается на изображении через центр кадра слева направо. Эта неровная линия между более плотными и тонкими областями газа и пыли является дугой мелодии. Все звезды представлены комбинацией высот и обработанных фортепианных нот, но самые яркие звезды с более длинными дифракционными шипами также несут грохот и лязг тарелок.

Это настолько интересная сонификация, чтобы мы советуем вам зайти на страницу исходного видео на сайте НАСА и послушать разделенные звуковые дорожки. Например, второй файл включает звуки только из верхней части изображения, а третий файл включает звуки только из нижней половины изображения. Прослушайте второй и третий файлы, чтобы различить на изображении особенность «вершина горы». Четвертый файл воспроизводит только ноты, обозначающие звезды. Прослушайте все треки, чтобы лучше понять, как звуки были адаптированы к изображению Уэбба.

Атмосфера экзопланеты WASP-96 b

На данный момент более 6000 экзопланет было обнаружено и подтверждено. Все они собраны в каталоге НАСА: https://science.nasa.gov/exoplanets/. Вот как возможно выглядит экзопланета газовый шигант WASP-96 b:

По массе она в 2 раза меньше Юпитера и находится очень близко к своей звезде, вокруг которой обращается всего за 3 дня. Планета расположена примерно в 1140 световых годах от Земли, в созвездии Феникса. Страница экзлопланеты на сайте НАСА: https://science.nasa.gov/exoplanet-catalog/wasp-96-b/. Напомню, что планетами называются только планеты Солнечной системы. А все планеты за пределами Солнечной системы официально называются экзопланетами.

А это сонификация:

Телескоп НАСА Джеймс Уэбб наблюдал характеристики атмосферы экзопланеты горячего газового гиганта WASP-96 b, которая содержит явные признаки воды, и отдельные точки полученного спектра передачи были преобразованы в звук. Послушайте, как капает вода и как меняется световой спектр в звуковом диапазоне.

Ультразвуковая обработка сканирует спектр слева направо. Снизу вверх ось Y варьируется от меньшего к большему блокированию света. Ось X находится в диапазоне от 0,6 микрон слева до 2,8 микрон справа. Шаг каждой точки данных соответствует частоте света, которую представляет каждая точка. Более длинные волны света имеют более низкие частоты и воспринимаются как более низкие звуки. Объем указывает количество света, обнаруженное в каждой точке данных.

Четыре водяных знака представлены звуком падающих капель воды. Эти звуки упрощают данные — вода обнаруживается как сигнатура, имеющая несколько точек данных. Звуки выравниваются только по самым высоким точкам данных.

Эта ультразвуковая обработка не представляет звуки, записанные в космосе. Два музыканта преобразовали спектр передачи Уэбба в музыкальные ноты, чтобы помочь слушателям услышать его данные.

Изучите спектр этой экзопланеты-гиганта горячего газа WASP-96 b более подробно, включая его полное текстовое описание и загрузку данных: https://science.nasa.gov/asset/webb/exoplanet-wasp-96-b-niriss-transmission-spectrum/.

Галактика М104

Она расположенная примерно в 28 миллионах световых лет от Земли, является одной из крупнейших галактик в близлежащем скоплении Девы. Если смотреть с Земли, галактика наклонена почти с ребра, что позволяет увидеть ее яркое ядро и спиральные рукава, обернутые вокруг него. На инфракрасном снимке М104, сделанном Спитцером, видно кольцо пыли, окружающее галактику, которое пробивается сквозь заслоняющую пыль на оптическом изображении Хаббла. Спитцер также видит скрытый звездный диск внутри пылевого кольца. И третье изображение - это рентгеновское изображение от телескопа «Чандры», которое показывает горячий газ в галактике и точечные источники, представляющие собой смесь объектов внутри M104, а также квазаров на заднем плане. Наблюдения «Чандры» показывают, что диффузное рентгеновское излучение простирается на расстояние более 60 000 световых лет от центра M104. (Сама галактика имеет диаметр 50 000 световых лет.)

При обработке этих данных мы можем слышать каждый тип света отдельно или вместе. Любой вариант начинается сверху и сканируется по направлению к низу изображения. Яркость управляет громкостью и высотой тона, то есть самые яркие источники изображения имеют самые громкие и самые высокие частоты. Данные трех телескопов сопоставляются с различными типами звуков. Рентгеновские лучи от «Чандры» звучат как синтезатор, инфракрасные данные «Спитцера» представляют собой струны, а оптический свет от «Хаббла» имеет колоколообразные тона. Ядро галактики, ее пылевые полосы и спиральные рукава, а также точечные источники рентгеновского излучения — все это слышимые особенности при ультразвуковой обработке этих данных.

Эти ультразвуковые исследования проводились под руководством рентгеновского центра Чандра и были включены в программу НАСА «Вселенная обучения». Сотрудничество было организовано ученым-визуализатором Кимберли Арканд, астрофизиком Мэттом Руссо и музыкантом Эндрю Сантагуида (оба — участники проекта SYSTEM Sounds).

Фух! На этом, друзья, всё!

Читайте мою "Белую Вселенную", там есть наука, но подана она в интересной и юмористической форме:

https://author.today/reader/528680