Tại sao không nghe thấy âm thanh trong vũ trụ ?

Tại sao không nghe thấy âm thanh trong vũ trụ ? 

Chris Impey - Có thể bạn đã từng nghe rằng, nếu ở trong vũ trụ hay không gian, thì không ai có thể nghe thấy tiếng hét của bạn. Đó là một câu khẩu hiệu trong bộ phim khoa học viễn tưởng nổi tiếng năm 1979 “Người ngoài hành tinh”. Điều này có vẻ đáng sợ, nhưng nó có đúng không? Câu trả lời đơn giản là có, vì không có âm thanh hay tiếng vang trong không gian.

Âm thanh hoạt động như thế nào
Để hiểu tại sao không có âm thanh trong không gian, trước tiên hãy xem âm thanh hoạt động như thế nào.

Âm thanh là sóng năng lượng truyền qua chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí. Nó là một sóng nén. Năng lượng được tạo ra khi dây thanh âm của bạn rung làm nén không khí trong cổ họng và năng lượng nén đó sẽ truyền ra ngoài.

Tức là, khi bạn nói, dây thanh âm của bạn rung lên, xô đẩy các phân tử không khí trong cổ họng phía trên của nó. Đến lượt mình, các phân tử này lại xô đẩy hoặc va vào các phân tử không khí lân cận, khiến âm thanh phát ra từ miệng.

Âm thanh di chuyển trong không khí giống như cách nó di chuyển trong cổ họng. Các phân tử không khí gần miệng của bạn va chạm với các phân tử lân cận, rồi các phân tử này lại va chạm với các phân tử lân cận của chúng, khiến âm thanh dịch chuyển. Sóng âm thanh truyền đi rất nhanh, khoảng 1.223 km/h, nhanh hơn máy bay phản lực thương mại.

Không gian là chân không

Vậy trong không gian thì sao?

Không gian là chân không, có nghĩa là nó hầu như không chứa vật chất. Từ “chân không” xuất phát từ tiếng Latin có nghĩa là trống rỗng.

Âm thanh được truyền tải bởi các nguyên tử và phân tử. Trong không gian, không có nguyên tử hay phân tử mang sóng âm nên không có âm thanh. Không có gì để truyền âm thanh ra ngoài không gian, cũng như không có gì để truyền nó, nên âm thanh không di chuyển được. Không có âm thanh cũng có nghĩa là không có tiếng vọng. Tiếng vọng xảy ra khi sóng âm chạm vào một bề mặt cứng, phẳng và bật ngược lại hướng phát ra.

Thật ra, nếu bạn bị mắc kẹt trong không gian bên ngoài tàu vũ trụ mà không có bộ đồ du hành vũ trụ, thì việc không ai có thể nghe thấy tiếng kêu cứu của bạn chỉ là một vấn đề nhỏ nhất trong số các vấn đề. Toàn bộ không khí có trong phổi của bạn sẽ nở ra vì nó ở áp suất cao hơn chân không bên ngoài. Phổi của bạn sẽ vỡ tung. Chỉ trong vòng 10 đến 15 giây, bạn sẽ bất tỉnh do thiếu oxy.

Âm thanh trong hệ Mặt trời

Các nhà khoa học đã tự hỏi tiếng nói của con người sẽ nghe như thế nào trên các hành tinh lân cận gần nhất của chúng ta, như sao Kim và sao Hỏa. Điều này chỉ mang tính giả thuyết vì sao Hỏa thường ở dưới nhiệt độ đóng băng, bầu khí quyển của nó mỏng và chủ yếu là khí carbon dioxide không thể thở được. Sao Kim thậm chí còn tệ hơn – bầu không khí đậm đặc chủ yếu là carbon dioxide của nó đủ nóng để làm tan chảy chì.

Trên sao Hỏa, giọng nói của bạn sẽ nghe nhỏ và không rõ, giống như âm thanh của sáo piccolo. Trên sao Kim, cao độ giọng nói của bạn sẽ trầm hơn nhiều, giống như âm thanh của một cây đàn guitar bass. Lý do là độ dày của bầu khí quyển. Trên sao Hỏa, không khí loãng tạo ra âm thanh cao và trên sao Kim, không khí dày tạo ra âm thanh trầm. Một nhóm nghiên cứu đã mô phỏng các âm thanh khác trong hệ Mặt trời, giống như tiếng thác nước trên mặt trăng Titan của Sao Thổ.

Âm thanh không gian sâu thẳm

Tuy không gian là một khu vực chân không đủ để âm thanh bình thường không thể truyền qua, nhưng nó thực ra không phải là chân không hoàn hảo và có một số hạt trôi nổi trong đó.

Vượt ra ngoài Trái đất và bầu khí quyển của nó, trong một cm khối không gian chỉ chứa có năm hạt, chủ yếu là các nguyên tử hydro. Ngược lại, không khí bạn đang hít thở có mật độ lớn hơn 10 tỷ tỷ (10^19) lần. Mật độ hạt giảm dần theo khoảng cách từ Mặt trời và trong không gian giữa các ngôi sao có 0,1 hạt trên mỗi cm khối. Trong những khoảng không rộng lớn giữa các thiên hà, mật độ còn thấp hơn hàng triệu lần – trống rỗng một cách đáng kinh ngạc.

Các khoảng trống trong không gian được giữ rất nóng bởi bức xạ từ các ngôi sao. Vật chất lan rộng được tìm thấy ở trạng thái vật lý gọi là plasma.

Plasma là một chất khí trong đó các electron được tách ra khỏi proton. Trong plasma, tính chất vật lý của sóng âm trở nên phức tạp. Sóng truyền đi nhanh hơn nhiều trong môi trường mật độ thấp này và bước sóng của chúng dài hơn nhiều.

Năm 2022, NASA công bố một ví dụ ngoạn mục về âm thanh trong không gian. Họ sử dụng dữ liệu tia X để tạo ra một bản ghi âm thể hiện cách một lỗ đen khổng lồ khuấy động plasma trong cụm thiên hà Perseus, cách Trái đất 250 triệu năm ánh sáng. Bản thân lỗ đen không phát ra âm thanh, nhưng plasma khuếch tán xung quanh nó mang theo sóng âm có bước sóng rất dài.

The misconception that there is no sound in space originates because most space is a ~vacuum, providing no way for sound waves to travel. A galaxy cluster has so much gas that we've picked up actual sound. Here it's amplified, and mixed with other data, to hear a black hole!

pic.twitter.com/RobcZs7F9e
— NASA Exoplanets (@NASAExoplanets) August 21, 2022

Âm thanh tự nhiên có tần số quá thấp mà tai người có thể nghe được, là nốt giữa trên đàn piano và nằm ở giữa dải âm thanh mà mọi người có thể nghe thấy. Nhưng sau khi tăng tần số lên mức có thể nghe được, kết quả thật ớn lạnh – đó là âm thanh của một lỗ đen đang gầm gừ trong không gian sâu thẳm.

Bài viết này của tác giả Chris Impey, Giáo sư Thiên văn học xuất sắc của Đại học Arizona, đăng lần đầu tiên trên The Conversation.

https://theconversation.com/why-isnt-there-any-sound-in-space-an-astronomer-explains-why-in-space-no-one-can-hear-you-scream-217885