Mặt trời sẽ lớn như thế nào?

Âm thanh không thể đi qua không gian bên ngoài. Nhưng nếu có thể, Mặt trời sẽ to đến mức nào? Âm thanh sẽ nguy hiểm đến sự sống trên Trái đất, hay chúng ta hầu như không nghe thấy nó từ khoảng cách này?

Mặt trời vô cùng ồn ào. Bề mặt tạo ra công suất âm thanh hàng ngàn đến hàng chục ngàn watt cho mỗi mét vuông. Đó là thứ gì đó giống như dòng điện gấp 10 đến 100 lần thông qua loa trong buổi hòa nhạc rock, hoặc ngoài tiếng còi báo động của cảnh sát. Ngoại trừ "bề mặt loa" trong trường hợp này là toàn bộ bề mặt của Mặt trời, lớn hơn khoảng 10.000 lần so với diện tích bề mặt Trái đất.

Bất chấp những gì "user10094" đã nói, trên thực tế chúng ta biết Mặt trời "nghe" như thế nào - các công cụ như MDI của SDO hoặc SOHO của MDO hoặc đài quan sát GONG trên mặt đất đo sự dịch chuyển Doppler ở mọi nơi trên bề mặt có thể nhìn thấy của Mặt trời và chúng ta thực sự có thể thấy sóng âm thanh (tốt, sóng siêu âm) cộng hưởng trong Mặt trời nói chung! Khá tuyệt, nhỉ? Vì Mặt trời lớn, các sóng âm thanh cộng hưởng ở tần số rất sâu - các chế độ cộng hưởng điển hình có thời gian 5 phút và có khoảng một triệu trong số chúng phát ra cùng một lúc.

Các chế độ cộng hưởng trong Mặt trời bị kích thích bởi một cái gì đó. Đó là một cái gì đó là băng thông rộng lớn ào ạt của nhiễu loạn đối lưu. Nhiệt được đưa lên bề mặt Mặt trời bằng cách đối lưu - vật liệu nóng tăng qua các lớp bên ngoài, chạm tới bề mặt, nguội đi (bằng cách tỏa ánh sáng mặt trời) và chìm xuống. Tế bào đối lưu "điển hình" có kích thước tương đương Texas và được gọi là "hạt" vì chúng trông giống như những hạt nhỏ khi nhìn qua kính viễn vọng. Mỗi một (kích thước của Texas, hãy nhớ) tăng lên, phân tán ánh sáng và chìm trong năm phút. Điều đó tạo ra một cái quái của một cây vợt. Có khoảng 10 triệu người trên khắp bề mặt Mặt trời bất cứ lúc nào. Hầu hết năng lượng âm thanh đó chỉ được phản xạ trở lại vào Mặt trời, nhưng một phần năng lượng đó được đưa vào tầng vũ trụ và corona. Tuy nhiên, không ai có thể chắc chắn, trung bình chỉ có bao nhiêu năng lượng âm thanh phát ra, nhưng rất có thể trung bình khoảng 30 đến khoảng 300 watt trên một mét vuông bề mặt. Sự không chắc chắn đến bởi vì động lực học bề mặt của Mặt trời là khó khăn. Trong phần sâu bên trong, chúng ta có thể giả vờ từ trường mặt trời không ảnh hưởng nhiều đến vật lý và sử dụng thủy động lực học, và ở bên ngoài (corona) chúng ta có thể giả vờ rằng chính khí không ảnh hưởng đến vật lý nhiều. Ở các lớp ranh giới phía trên bề mặt có thể nhìn thấy, không áp dụng phép tính gần đúng và vật lý trở nên quá khó để có thể điều chỉnh được (chưa). chúng ta có thể giả vờ từ trường mặt trời không ảnh hưởng nhiều đến vật lý và sử dụng thủy động lực học, và ở bên ngoài (corona) chúng ta có thể giả vờ rằng khí tự nó không ảnh hưởng nhiều đến vật lý. Ở các lớp ranh giới phía trên bề mặt có thể nhìn thấy, không áp dụng phép tính gần đúng và vật lý trở nên quá khó để có thể điều chỉnh được (chưa). chúng ta có thể giả vờ từ trường mặt trời không ảnh hưởng nhiều đến vật lý và sử dụng thủy động lực học, và ở bên ngoài (corona) chúng ta có thể giả vờ rằng khí tự nó không ảnh hưởng nhiều đến vật lý. Ở các lớp ranh giới phía trên bề mặt có thể nhìn thấy, không áp dụng phép tính gần đúng và vật lý trở nên quá khó để có thể điều chỉnh được (chưa).

Về mặt dBA, nếu tất cả âm thanh bị rò rỉ bằng cách nào đó có thể lan truyền đến Trái đất, thì hãy xem ... Ánh sáng mặt trời ở Trái đất bị suy giảm khoảng 10.000 lần theo khoảng cách (tức là nó sáng hơn 10.000 lần ở bề mặt Mặt trời), vì vậy nếu 200 W / m2 âm thanh tại Mặt trời bằng cách nào đó có thể truyền ra Trái đất, nó sẽ mang lại cường độ âm thanh khoảng 20 mW / m2. 0dB là khoảng 1pW / m2, vì vậy đó là khoảng 100dB. Tại Trái đất, cách nguồn âm thanh 150.000.000 km. Điều tốt âm thanh không đi qua không gian, eh?

Những người tốt ở dự án SOHO / MDI đã tạo ra một số tệp âm thanh của dao động mặt trời cộng hưởng bằng cách tăng tốc dữ liệu từ thiết bị của họ lên 43.000 lần. Bạn có thể nghe những người ở đây, tại trang web của Solar Center . Một số người khác đã làm điều tương tự với thiết bị SDO / HMI và chồng các âm thanh lên các video ánh sáng đầu tiên từ SDO . Cả hai âm thanh đó, giống như các dải cao su vặn vẹo, được lọc rất nhiều từ dữ liệu - một chế độ không gian cộng hưởng cụ thể (hình dạng của âm thanh cộng hưởng) đang được trích xuất từ ​​dữ liệu và do đó bạn nghe chủ yếu là chế độ cộng hưởng cụ thể đó . Âm thanh chưa được lọc thực tế có nhiều âm thanh hơn và đến tai sẽ nghe giống như âm thanh cộng hưởng và giống như tiếng ồn hơn.

Mặc dù bài đăng của Sir Cumference là một câu trả lời rất hấp dẫn, nhưng tôi sợ nó sai. Bề mặt của mặt trời rõ ràng đang chuyển động, nhưng điều đó không nhất thiết dẫn đến bức xạ của âm thanh nghe được, ngay cả khi mặt trời và trái đất ở trong môi trường chất lỏng (như không khí) cho phép truyền âm thanh.

Để giải thích tại sao, chúng ta thực sự có thể áp dụng cùng một dòng phân tích cho đại dương trái đất. Bề mặt di chuyển rất nhiều, vì vậy âm thanh phải được tỏa ra. Tuy nhiên, chúng tôi không nghe thấy gì trừ khi bạn thực sự ở gần và có sóng vỡ.

$150 \cdot 10^{12} m^2$$5 \cdot 10^{24} W$

Vậy tại sao không? Để âm thanh thực sự tỏa ra, bề mặt phải di chuyển đồng đều. Đối với mỗi sóng biển di chuyển không khí lên có một sóng gần đó di chuyển không khí xuống và vì vậy các đóng góp chỉ đơn giản là hủy bỏ. Về mặt kỹ thuật, chúng ta cần tính toán công suất bằng cách tích hợp cường độ bình thường trên toàn bộ bề mặt, cường độ có số lượng thành phần dương và âm bằng nhau và tổng trên các giá trị này bằng không.

Đó là lý do tương tự tại sao bạn đặt loa trong hộp: trong không khí mở, chuyển động không khí từ phía trước của hình nón và từ phía sau của hình nón sẽ đơn giản là hủy bỏ, vì vậy bạn đặt nó vào hộp để loại bỏ âm thanh từ phía sau.

Vì vậy, tôi nghĩ rằng câu trả lời thực sự ở đây là: bạn hoàn toàn không nghe thấy gì vì những đóng góp âm thanh từ các phần khác nhau của bề mặt mặt trời sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Bức xạ âm thanh trên khoảng cách đó sẽ chỉ xảy ra nếu bề mặt của mặt trời di chuyển đồng đều, tức là toàn bộ mặt trời mở rộng hoặc co lại. Điều đó xảy ra ở một mức độ nào đó nhưng chỉ ở những tần số rất, rất thấp không nghe thấy được và nơi bức xạ âm thanh kém hiệu quả hơn rất nhiều.

Cùng với các câu trả lời khác, khác nhau, về độ ồn của Mặt trời, có thông tin có sẵn về những gì nó thực sự nghe như thế nào. Tôi sẽ mô tả nó như là tiếng vo ve khác nhau với tĩnh.

Nghe âm thanh thô trong video này của NASA: " NASA | Sun Sonification (âm thanh thô) ", phiên bản tường thuật của NASA Goddard: " Âm thanh của Mặt trời " hoặc truy cập trang web của Goddard Media Studios: " Âm thanh của Mặt trời ". Bài báo không nói gì về "độ ồn".

Một trang web khác tại NASA, có cùng tên với trang web tại GMS: " Âm thanh của Mặt trời ", cung cấp một số thông tin bổ sung:

"Mặt trời không im lặng. Nhịp đập thấp, nhịp đập của nhịp tim ngôi sao của chúng ta cho phép các nhà khoa học nhìn vào bên trong, tiết lộ những dòng vật chất mặt trời khổng lồ chảy xung quanh trước mắt - er, tai. Nhà vật lý học của NASA Alex Young giải thích cách âm thanh đơn giản này kết nối chúng ta với Mặt trời và tất cả các ngôi sao khác trong vũ trụ. Phần này có âm thanh tần số thấp của Mặt trời. Để có trải nghiệm nghe tốt nhất, hãy nghe câu chuyện này bằng tai nghe.

...

Đây là những âm thanh mặt trời được tạo ra từ 40 ngày dữ liệu của Đài quan sát mặt trời và Heliospheric (SOHO) Michelson Doppler Imager (MDI) và được xử lý bởi A. Kosovichev . Thủ tục anh ta sử dụng để tạo ra những âm thanh này là như sau. Ông bắt đầu với dữ liệu vận tốc doppler, tính trung bình trên đĩa mặt trời, do đó chỉ còn các chế độ góc thấp (l = 0, 1, 2). Quá trình xử lý sau đó đã loại bỏ các hiệu ứng chuyển động của tàu vũ trụ, điều chỉnh nhạc cụ và một số điểm giả. Sau đó, Kosovichev đã lọc dữ liệu ở khoảng 3 MHz để chọn sóng âm thanh sạch (và không phải là siêu âm và tiếng ồn của nhạc cụ). Cuối cùng, anh ta đã nội suy dữ liệu bị thiếu và thu nhỏ dữ liệu (tăng tốc lên 42.000 nhân tố để đưa nó vào phạm vi nghe được của con người (kHz)). Để biết thêm tập tin âm thanh, hãy truy cậpPhòng thí nghiệm Vật lý Thực nghiệm Stanford Trang Âm thanh Mặt trời . Tín dụng: A. Kosovichev, Phòng thí nghiệm Vật lý Thực nghiệm Stanford. ".

Như được giải thích trên trang web của Stanford: " Biến thể tốc độ âm thanh mặt trời ", họ đã có thể phân tích những âm thanh này để tạo ra một âm mưu mật độ của Mặt trời. Thông tin thêm có sẵn trên trang web của Stanford: " Helioseismology " nơi họ giải thích:

" Sóng
Vật lý cơ bản trong cả địa chấn và thuyết xoắn ốc là các chuyển động sóng được kích thích trong phần bên trong cơ thể (Trái đất hoặc Mặt trời) và truyền qua một môi trường. Tuy nhiên, có nhiều sự khác biệt về số lượng và loại sóng cho cả môi trường trên mặt đất và mặt trời. .

Đối với Trái đất, chúng ta thường có một (hoặc một vài) nguồn kích động: động đất (s).

Đối với Mặt trời, không một nguồn nào tạo ra sóng "địa chấn" mặt trời. Các nguồn kích động gây ra sóng mặt trời mà chúng ta quan sát được là các quá trình trong khu vực đối lưu lớn hơn. Do không có một nguồn nào, chúng ta có thể coi các nguồn đó là một sự liên tục, do đó, Mặt trời đổ chuông giống như một tiếng chuông liên tục với nhiều hạt cát nhỏ.

Trên bề mặt của Mặt trời, các sóng xuất hiện dưới dạng dao động lên xuống của các khí, được quan sát thấy khi Doppler dịch chuyển các vạch phổ. Nếu giả sử rằng một vạch phổ mặt trời nhìn thấy điển hình có bước sóng khoảng 600 nanomet và chiều rộng khoảng 10 picomet, thì vận tốc 1 mét mỗi giây sẽ làm dịch chuyển khoảng 0,002 picomet [ Harvey, 1995, trang 34 ]. Trong thuyết xoắn ốc, các chế độ dao động riêng lẻ có biên độ không quá khoảng 0,1 mét mỗi giây. Do đó, mục tiêu quan sát là đo sự dịch chuyển của một vạch phổ đến độ chính xác của các phần trên một triệu chiều rộng của nó.

Các chế độ dao động Ba loại sóng khác nhau mà các nhà nghiên cứu sinh lý học đo lường hoặc tìm kiếm là: sóng âm, trọng lực và sóng trọng lực bề mặt. Ba sóng này tạo ra các chế độ p , chế độ g và chế độ f tương ứng là các chế độ dao động cộng hưởng vì Mặt trời hoạt động như một khoang cộng hưởng. Chỉ có khoảng 10 ^ 7 p và f chế độ. [Harvey, 1995, trang 33]. Mỗi chế độ dao động được lấy mẫu các phần khác nhau của nội thất mặt trời. Phổ của các dao động được phát hiện phát sinh từ các chế độ có chu kỳ từ khoảng 1,5 phút đến khoảng 20 phút và với các bước sóng nằm ngang trong khoảng từ vài nghìn km đến chiều dài của quả cầu mặt trời [ Gough và Toomre, p. 627, 1991 ].

Hình ảnh dưới đây được máy tính tạo ra để thể hiện sóng âm (sóng chế độ p) cộng hưởng trong phần bên trong Mặt trời.

Hình trên cho thấy một tập hợp các sóng rung động của Mặt trời. Ở đây, thứ tự xuyên tâm là n = 14, độ góc là l = 20 và thứ tự góc là m = 16. Màu đỏ và màu xanh hiển thị các phần tử dịch chuyển của dấu ngược lại. Tần số của chế độ này được xác định từ dữ liệu MDI là 2935,88 +/- 0,2 microHz.

Trang web wikipedia về Helioseismology cung cấp biểu đồ sức mạnh này:

Một phân tích về các chế độ p của Mặt trời đã được đưa ra trong: " Các biến thể liên quan đến hoạt động của biên độ, độ rộng và năng lượng của chế độ p ở các vùng hoạt động mặt trời " (21 tháng 1 năm 2014), bởi RA Maurya, A. Ambastha và J Chae. Trong phần 3, họ cung cấp một công thức để chuyển đổi cộng hưởng 3 chiều thành biên độ:

...

" 1. Giới thiệu

$ℓ$$\small{k^2_h = \frac{l(l+1)}{r^2}}$$ω$

$$\frac{l(l+1)}{r^2_t} = \frac{w^2}{c^2_s(r_t)}, \tag{1}$$

Trong đó là độ sâu của điểm quay đầu thấp hơn. Tuổi thọ của chế độ độ cao ngắn hơn nhiều so với thời gian di chuyển âm thanh quanh Mặt trời, do đó hiệu ứng cục bộ quan trọng hơn đối với các chế độ này so với chế độ độ thấp, có bước sóng ngang dài hơn và tuổi thọ dài hơn. Có khả năng sóng âm ở mức độ cao không phải là chế độ toàn cầu, nghĩa là chúng không kết hợp trong khi di chuyển qua chu vi để can thiệp vào chính chúng. Do đó, chúng có thể được coi là cục bộ khi di chuyển theo chiều ngang, sóng bị kẹt theo chiều dọc. Chúng được quan sát như các chuyển động quang học được suy ra từ sự dịch chuyển Doppler của các vạch quang phổ quang điện.$r_t$

...

3. Kỹ thuật phân tích
3.1. Sơ đồ vòng và tham số chế độ p

Để ước tính các tham số chế độ p tương ứng với một khu vực được chọn trên Mặt trời, khu vực quan tâm được theo dõi theo thời gian. Khu vực không gian-thời gian này được xác định bởi một mảng (hoặc khối dữ liệu) có kích thước . Ở đây, hai chiều đầu tiên ( ) tương ứng với kích thước không gian của vùng hoạt động (AR) dọc theo - và -axes, đại diện cho các hướng khu vực và kinh tuyến và thứ ba ( ) cho thời gian$N_x × N_y × N_t$$N_x,N_y$$x$$y$$N_t$$t$trong vài phút. Các khối dữ liệu được sử dụng cho phân tích sơ đồ vòng thường có thời lượng 1664 phút và diện tích che phủ 16 ° × 16 ° tập trung xung quanh vị trí quan tâm. Sự lựa chọn khu vực này là một sự thỏa hiệp giữa độ phân giải không gian trên Mặt trời, phạm vi độ sâu và độ phân giải trong độ lệch không gian của quang phổ công suất. Một kích thước lớn hơn cho phép truy cập vào các lớp ảnh phụ sâu hơn, nhưng chỉ với độ phân giải không gian thô hơn. Mặt khác, kích thước nhỏ hơn không chỉ giới hạn quyền truy cập vào các lớp sâu hơn mà còn khiến việc lắp vòng trở nên khó khăn hơn.

Các tọa độ không gian của pixel trong hình ảnh được theo dõi không phải luôn luôn là số nguyên. Để áp dụng biến đổi Fourier ba chiều trên khối dữ liệu được theo dõi, chúng tôi đã nội suy tọa độ của các hình ảnh được theo dõi thành các giá trị nguyên, trong đó chúng tôi sử dụng phương pháp nội suy chân thành. Biến đổi Fourier ba chiều của khối dữ liệu cắt các vòng gần các cạnh do sự răng cưa của tần số cao hơn về phía thấp hơn. Để tránh các hiệu ứng cắt ngắn, chúng tôi đã bỏ qua khối dữ liệu theo cả hai chiều không gian và thời gian. Phép khử nhiễu không gian thu được bằng phương pháp chuông 2D-cosine, làm giảm diện tích 16 ° × 16 ° thành một miếng vá hình tròn có bán kính 15 ° ( Corbard et al. 2003 ).

Tín hiệu vận tốc quang ảnh quan sát trong khối dữ liệu là một hàm của vị trí ( ) và thời gian ( ). Đặt tín hiệu vận tốc trong miền tần số là , trong đó, và là các tần số không gian theo hướng - và - và ω là tần số góc của dao động. Sau đó, khối dữ liệu có thể được viết là$v(x,y,t)$$x,y$$t$$f(k_x,k_y,ω)$$k_x$$k_y$$x$$y$$v(x,y,t)$

$$v(x,y,t) = \int \int \int f(k_x,k_y,\omega)e^{i(k_x x + k_y y + \omega t)} dk_x dk_y d\omega.\tag{2}$$

Biên độ của dao động chế độ p được tính bằng phép biến đổi Fourier ba chiều của phương trình. (2). Phổ công suất được cho bởi $f(k_x,k_y,ω)$

$$P(k_x,k_y,\omega) = \left | f(k_x,k_y,\omega) \right |^2. \tag{3}$$

5. Tóm tắt và kết luận

Chúng tôi đã nghiên cứu các thuộc tính chế độ p ở mức độ cao của một số AR rực và không hoạt động và các QR liên quan, được quan sát trong các chu kỳ mặt trời 23 và 24 bằng cách sử dụng kỹ thuật sơ đồ vòng, giả sử sóng phẳng và liên kết của chúng với các hoạt động từ trường và bùng phát. Những thay đổi trong các tham số chế độ p là các hiệu ứng kết hợp của chu kỳ nhiệm vụ, hoạt động rút gọn, hoạt động từ tính và bùng phát và độ không đảm bảo đo .

Biên độ chế độ p ( ) và công suất nền ( ) của AR được tìm thấy giảm dần theo khoảng cách góc của chúng từ tâm đĩa, trong khi chiều rộng tăng chậm. Các tác động của báo trước đối với biên độ và độ rộng của chế độ phù hợp với các báo cáo của Howe et al. (2004) . Sự giảm biên độ chế độ với khoảng cách phát sinh vì với khoảng cách ngày càng tăng từ tâm đĩa, chúng ta chỉ đo thành phần cosin của chuyển vị dọc. Hơn nữa, rút ​​gọn gây ra sự giảm độ phân giải không gian của các Dopplergram khi chúng ta quan sát ngày càng gần về phía chi. Điều này làm giảm độ phân giải không gian được xác định trên Mặt trời theo hướng từ trung tâm đến chi, và do đó dẫn đến các lỗi quan sát có hệ thống.$A$$b_0$ A$A$

Các hiệu ứng lớn thứ hai trên các tham số chế độ p được gây ra bởi chu kỳ nhiệm vụ. Chúng tôi thấy rằng biên độ chế độ tăng khi tăng chu kỳ nhiệm vụ, trong khi độ rộng chế độ và công suất nền cho thấy xu hướng ngược lại. Các kết quả tương tự đã được báo cáo trước đây về biên độ và chiều rộng của chế độ p toàn cầu, ví dụ bởi Komm et al. (2000a) . Các tác giả này đã báo cáo sự gia tăng mạnh nhất về chiều rộng chế độ và giảm biên độ với chu kỳ nhiệm vụ khi giá trị của nó thấp hơn. Những thay đổi trong tham số chế độ có thể được gây ra bởi sự gia tăng các mẫu tín hiệu trong các khối dữ liệu. Tuy nhiên, chúng tôi thấy rằng đối với một vài chế độ trong năm phút và ở dải tần số cao hơn, biên độ chế độ không tăng đáng kể theo chu kỳ nhiệm vụ. Hiệu quả của các nhiệm vụ chu kỳ giảm với sự gia tăng mức độ hài hòa$ℓ$. Để nghiên cứu mối quan hệ của các tham số chế độ với các hoạt động từ tính và bùng phát, chúng tôi đã sửa các tham số chế độ của tất cả các AR và QR để rút gọn. ... ".

Độ to chính xác , như đã tính ở trên, là một hàm của vị trí và thời điểm bạn đo.

Các trang web Wikipedia: số liệu Chladni (phẳng), cộng hưởng cơ học và cộng hưởng Helmholtz (hình cầu chứa đầy không khí) cung cấp một số thông tin liên quan về độ khó và độ phức tạp của các phép tính. Bài viết: " Một đánh giá về Asteroseism " (ngày 7 tháng 11 năm 2017), bởi Maria Pia Di Mauro thảo luận về sóng đứng trong ngôi sao gây cản trở xây dựng cho chính chúng tạo ra các chế độ cộng hưởng.