Sebastian Soberski

Spis treści

ZSK 3/2025

Kosmiczne sygnały, czyli spotkanie astronomii z muzyką

Rozwój technologii kosmicznych pozwala astronomom na pozyskiwanie kosmicznych sygnałów, które można zamienić na sygnał akustyczny (dźwięk) słyszalny przez ludzkie ucho. Kosmiczne dźwięki inspirują artystów do tworzenia muzyki. 

Projekt LISA

Rozwój sektora kosmicznego w Polsce odbywa się w sposób lawinowy. Pojawiają się projekty naukowe, w których ważną rolę odgrywają polscy naukowcy. Jednym z takich projektów jest LISA (Laser Interferometer Space Antenna), który polega na zbudowaniu w kosmosie obserwatorium fal grawitacyjnych. LISA to układ trzech sond tworzących w przestrzeni trójkąt równoboczny. Pomiędzy sondami będą przebiegać wiązki promieni laserowych służące do niezwykle precyzyjnego pomiaru odległości pomiędzy sondami. 

Rys. 1 Ilustracja przedstawia dwie czarne dziury łączące się i tworzące zmarszczki w strukturze czasoprzestrzeni. W tle widoczne są galaktyki. Wierzchołki trójkąta określają położenie trzech sond kosmicznych LISA, między którymi będą się przemieszczać wiązki laserowe.

Źródło: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/LISA/Capturing_the_ripples_of_spacetime_LISA_gets_go-ahead
CREDIT: ESA
LICENCE: CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard Licence (content can be used under either licence)

Noblista ze Strzelna

Konstrukcja detektora LISA oparta jest na tzw. interferometrze Michelsona. Interferometr to przyrząd, którego działanie polega na wykorzystaniu zjawiska interferencji fal elektromagnetycznych. Konstruktorem interferometru jest Albert Michelson ze Strzelna (kujawsko-pomorskie), który w 1855 r. jako małe dziecko wyemigrował wraz z rodzicami i rodzeństwem do Stanów Zjednoczonych. Próbując wyznaczyć prędkość światła, skonstruował swój słynny interferometr, za co w 1907 r. otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Rys. 2  Albert Michelson – noblista ze Strzelna

Wszechświat „dzwoni” grawitacyjnie

Fale grawitacyjne to mikroskopijne i trudne do wykrycia zaburzenia czasoprzestrzeni. Można je porównać do zmarszczek na wodzie powstających po wrzuceniu kamyka, jednak w tym przypadku „kamykiem” może być na przykład zderzenie dwóch czarnych dziur. 

Wszyscy wiemy o mikrofalowym promieniowaniu tła, czyli promieniowaniu elektromagnetycznym wysłanym przez bardzo młody Wszechświat trzysta tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Chociaż doszło do tego ponad trzynaście miliardów lat temu, do dziś możemy odbierać to promieniowanie przez radioteleskopy. Podobnie jest z falami grawitacyjnymi. Zadaniem LISA będzie detekcja grawitacyjnego „dzwonienia” Wszechświata, które powstało w pierwszych sekundach tuż po jego narodzinach. Oczywiście sygnał grawitacyjny można usłyszeć ludzkim uchem dopiero po tym, jak zostanie zamieniony na falę akustyczną w procesie tzw. sonifikacji. Taka sonifikacja „dzwonienia” Wszechświata to gotowa inspiracja dla artystów do tworzenia kosmicznej muzyki.

Radioteleskop „KOPERNIK”

Projekt LISA to pieśń najbliższej, ale jednak przyszłości, natomiast od 1994 r. nieustannie dwadzieścia cztery godziny na dobę kosmos jest „podsłuchiwany” przez zlokalizowany w Piwnicach pod Toruniem największy polski 32-metrowy radioteleskop RT4 „KOPERNIK”. 

Rys. 3 Radioteleskop RT4 „KOPERNIK”

Gigantyczny instrument badawczy o wadze 620 ton jest częścią obserwatorium należącego do Instytutu Astronomii UMK. Antena nieustannie odbiera kosmiczne sygnały w zakresie radiowym, które astronomowie wizualizują w postaci wykresów czy map nieba. Sygnały radiowe można również zamienić na dźwięk – mamy wówczas do czynienia z iście kosmicznym radiem. W 2011 r., podczas XI Toruńskiego Festiwalu Nauki i Sztuki, kilkaset osób zgromadzonych pod radioteleskopem KOPERNIK mogło dosłownie usłyszeć kosmos na żywo (pulsar PSR 0329+54) oraz wysłuchać koncertu grupy Voices of The Cosmos prezentującej muzykę zawierającą autentyczne kosmiczne sygnały. 

Muzycy podsłuchują Wszechświat

Pulsary to gwiazdy neutronowe, czyli takie „niedorobione” czarne dziury. Powstają podczas wybuchu gwiazdy supernowej. Wówczas otoczka umierającej gwiazdy jest odrzucana, a jądro bardzo drastycznie się kurczy. Czasami jądro zapada się tak bardzo, że powstaje czarna dziura, a czasami proces ten zatrzymuje się wcześniej i powstaje gwiazda neutronowa, którą możemy jeszcze bezpośrednio obserwować. Niektóre gwiazdy neutronowe można obserwować jako pulsary regularnie wysyłające impulsy radiowe. Regularność tych impulsów jest porównywalna z dokładnością zegarów atomowych. Takie „rytmy kosmosu” można było właśnie usłyszeć w muzyce Voices of The Cosmos podczas koncertu pod toruńskim radioteleskopem. Grupa wykorzystuje w swojej muzyce m.in. sygnały radiowe pulsarów, Słońca i magnetosfer planet Układu Słonecznego. Dźwięki płynące z kosmosu wykorzystuje także amerykański kompozytor, artysta dźwięku, gitarzysta i radioamator Jeff Gburek, który od wielu lat mieszka w Poznaniu i tworzy muzykę eksperymentalną na bazie własnych obserwacji radiowych ziemskiej magnetosfery. Dzięki skonstruowanej przez siebie antenie nagrywa sygnały zorzowe, które są najbardziej intensywne podczas dużej aktywności Słońca. 

Usłyszeć niedostrzegalne

Posiadamy wiele zmysłów, którymi możemy doświadczać otaczającego nas świata, jednak sporo nam umyka z powodu różnych ograniczeń. Oko ludzkie widzi tylko wąski zakres fal elektromagnetycznych od fioletu do czerwieni. Wszechświat jednak promieniuje również na falach dłuższych niż „kolor czerwony”, bo mamy na przykład podczerwień, mikrofale, fale radiowe. Z drugiej strony fale krótsze niż „kolor fioletowy” to kolejno: ultrafiolet, promieniowanie Roentgena czy promieniowanie gamma. Wymienione zakresy fal elektromagnetycznych możemy zamieniać na fale akustyczne, czyli dźwięk. Najbardziej wdzięcznym zakresem dla takich sonifikacji są fale tzw. VLF (Very Low Frequency). Fale elektromagnetyczne o bardzo niskich częstotliwościach, które na przykład towarzyszą dużej aktywności ziemskiej magnetosfery. Wyjątkowość tych sygnałów polega na tym, że po zamianie ich na dźwięk nie musimy zmieniać ich częstotliwości, bo od razu mieści się ona w zakresie słyszalności ludzkiego ucha (od 20 do 20 000 herców). Oznacza to minimalną ingerencję w kosmiczny sygnał. Można prawie bezpośrednio doświadczyć ludzkim uchem to, czego nie widzą nasze oczy.

Rys. 4 Voices of The Cosmos, Lublin – Warsztaty Kultury

Źródło: Archiwum Voices of The Cosmos

Współczesna polska nauka potrzebuje młodych zdolnych ludzi do przyszłych projektów realizowanych w sektorze kosmicznym. Popularyzacja nauki poprzez muzykę jest jedną z metod mających wzbudzić zainteresowanie kosmosem. Innym przykładem genialnej w swojej prostocie, ale efektywnej popularyzacji kosmosu są pierogi Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego, które wzbudziły wielkie zainteresowanie również poza granicami naszego kraju. Każda metoda przyciągnięcia młodego pokolenia jest dobra, choć to zadanie nie jest łatwe. 

Artykuły w Kwartalniku 3/2025 dot. sektora kosmicznego:

#FunduszeUE