Смитсоновская астрофизическая обсерватория и другие исследователи объединили астрономию и музыку, чтобы предложить новое искусство.

smithsonianmag.com, Дэн Фальк, научный корреспондент, 1 марта 2023 г.

Вселенная с ее бесчисленными звездами, галактиками и туманностями может быть визуально ошеломляющей, особенно когда мы используем мощные телескопы, чтобы заглянуть за пределы человеческого зрения. Но что, если бы мы могли и слышать эти объекты? Поначалу это может показаться нелогичным — как звук может распространяться в космическом вакууме? Разве Вселенная не молчит? Это далеко не так, говорит Ким Аркан, эксперт по визуализации данных в Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже, штат Массачусетс. Ее команда нашла способы усиливать отдаленные звуковые волны и манипулировать ими, которые в противном случае были бы незаметны человеческому уху. Они также использовали творческую обработку – получение визуальных данных с оптических, инфракрасных и рентгеновских телескопов и присвоение нот этим данным – для воспроизведения небесных явлений с помощью звуков. Эти «сонификации» предоставляют людям новый способ почувствовать эти внушающие вдохновение объекты.

Аркан, работая с коллегами из Смитсоновского института, Гарвардского университета и NASA, вместе с канадской научной группой под названием SYSTEM Sounds, создает эти специальные звуковые дорожки, которые оживляют небесные изображения. Многие треки можно послушать на YouTube вместе с просмотром изображений, которые на них вдохновили. Теперь 16 из этих звуков и усилений собраны в альбом под названием Universal Harmonies, который будет доступен на CD, виниле и стриминговых платформах с 10 марта.

Аркан считает, что помимо донесения науки до более широкой аудитории, озвучивание может укрепить саму науку, позволяя большему количеству людей внести свой вклад в наше понимание Вселенной. По ее словам, одна из ее целей — показать, что «слепые или слабовидящие люди… тоже могут стать частью научного предприятия».

Для астрофизика из Университета Торонто Мэтта Руссо, который руководит компанией SYSTEM Sounds вместе с музыкантом Эндрю Сантагуидой, озвучивание стало шансом объединить две его большие страсти – астрономию и музыку. Руссо изучал джазовую гитару на бакалавриате университета Торонто, прежде чем переключиться на астрономию. «Меня интересовал рок, блюз и всякие хендриксовские вещи», – подчеркивает он. В SYSTEM Sounds он говорит, что его миссия «просто состоит в том, чтобы исследовать вселенную через звук. Это означает преобразование любых астрономических данных, чтобы их можно было воспринять на слух».

Это преобразование может происходить в разных направлениях. Очевидным сочетанием является сопоставление более ярких частей изображения с более громкими звуками или визуализация более длинных волн света (красный конец спектра) как более низких звуков, а более коротких длин волн света (синий конец спектра) как более высоких звуков. Но это только начало: Изображение двухмерно, но не имеет временного измерения, в то время как музыка – это все о времени, поэтому элемент времени должен быть вставлен каким-то способом. Простым способом является сканирование слева направо по изображению; например, перемещение по изображению шириной 1200 пикселей со скоростью 40 пикселей в секунду дает 30-секундную дорожку, которая будет заполнена звуком, определяемым световым рисунком.

Это и искусство, и наука, и Руссо сразу же принял вызов. «Мне сразу стало ясно, что это весело и полезно, — говорит он. – Я смог совместить все свои увлечения сразу. И люди по-настоящему прониклись этим».

Вот три основных момента из Universal Harmonies , каждый из которых воплощает в жизнь одну из граней нашего динамичного космоса.

Если вы когда-нибудь смотрели вверх ясной летней ночью, вдали от городских огней, вы наверняка видели Млечный Путь – нашу собственную галактику, если смотреть изнутри, – описывающий дугу по небу. Возможно, вы также заметили, что комковатый участок возле созвездия Стрельца заметно толще остальных. Это сердце нашей галактики, примерно в 26 000 световых лет от Земли. Какой бы красивой ни была эта усыпанная звездами панорама для невооруженного глаза, она приобретает совершенно новый вид, если рассматривать ее с помощью различных телескопов, имеющихся в арсенале астрономов.

Озвучивание, созданное для Universal Harmonies, основано на данных трех разных телескопов: рентгеновских данных рентгеновской обсерватории Чандра, оптических данных космического телескопа Хаббла и инфракрасных данных космического телескопа Спитцер . Каждому телескопу присвоен свой музыкальный инструмент: глокеншпиль для Чандры, струнные для Хаббла и пианино для Спитцера. В этом случае изображение сканируется слева направо, при этом расположение определяет высоту тона – источник света, расположенный в верхней части изображения, представляется с большей высотой тона, а источник, расположенный в нижней части, – с меньшей. При этом громкость каждой ноты пропорциональна яркости конкретного участка изображения.

Для Аркан галактический центр аналогичен городскому центру города. «Это как будто вы находитесь посреди Таймс-сквер, – говорит она. – Там много шума и суеты». Тем не менее, получившееся произведение звучит почти мелодично благодаря взаимодействию между инструментами. Для Руссо звуковой коллаж предлагает новый способ «увидеть» шум в сердце нашей галактики. «Вы можете услышать различные структуры и текстуры, которые присутствуют, когда вы используете разные длины волн света для наблюдения за Вселенной», — говорит он.

Возможно, вы видели «Глубокое поле Хаббла» – богатую галактиками мозаику фотографий, полученных космическим телескопом Хаббла в 1995 году. Но во Вселенной есть нечто большее, чем видимый свет, и пять лет спустя рентгеновская обсерватория «Чандра» также заглянула в глубины космоса, на этот раз в поисках галактик, излучающих рентгеновские лучи. «Это самое глубокое рентгеновское изображение из когда-либо сделанных», – отмечает Аркан. Причина того, что так много галактик испускают рентгеновские лучи, объясняет она, заключается в том, что в их центрах находятся сверхмассивные черные дыры. Из черной дыры ничто не появляется, но снаружи происходит бешеная активность: когда материя падает внутрь, она нагревается до температуры в миллионы градусов, и в этот момент она испускает огромное количество рентгеновского излучения. В этом озвучивании более низкий тон соответствует менее энергичному рентгеновскому излучению, а звуки более высокого тона соответствуют более энергичному рентгеновскому излучению. 

Аркан объясняет, что более ранняя версия этой озвучивания имела темп наравне с другими треками. «Но мы услышали отзывы от людей, особенно от людей из сообщества слепых и слабовидящих, которые хотели, чтобы он замедлился, чтобы иметь возможность проводить немного больше времени с данными по мере их поступления». По словам Руссо, длины волн рентгеновского излучения составляют около пяти октав — разница, которую человеческому глазу было бы трудно различить даже в видимом свете. Но наши уши могут сделать намного лучше. «Сопоставляя его со звуком, мы действительно можем слышать весь диапазон, потому что наши уши чувствительны ко многим, многим октавам звуковых частот», — говорит он.

Скопление галактик Персея огромно, охватывает почти дюжину световых лет и находится очень далеко, примерно в 240 миллионах световых лет от Земли. В его центре находится галактика, в которой находится сверхмассивная черная дыра. Как и в случае с черными дырами в глубоком поле Чандры, настоящее действие происходит снаружи, где газ и пыль нагреваются до 180 миллионов градусов – достаточно горячих, чтобы излучать рентгеновские лучи. Эта область настолько энергична, что давит на окружающий материал, создавая волны давления, другими словами, звуковые волны. Эти волны имеют частоту примерно на 57 октав ниже, чем люди могут слышать, но музыкально подкованные ученые смогли поднять высоту тона до уровня человеческого слуха.

«Это определенно мой фаворит», — говорит Руссо. Он объясняет, что прослушивание в режиме реального времени займет некоторое время, поскольку интервал между последовательными гребнями волн составляет порядка 10 миллионов лет. Решение? Ускорьте это, что уменьшит «песню» галактики до удобочитаемой длины. Озвучивание, которое стало вирусным, когда NASA опубликовало его в Твиттере в прошлом году, вызвало бурную реакцию. «Реакция на это меня ошеломила, – говорит Аркан. – Некоторые люди думали, что это звучит как саундтрек к фильму ужасов, как что-то, что Ханс Циммер наложил бы на страшную сцену».

Оригинал: What Does the Universe Sound Like?
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)

Сонификации от SYSTEM Sounds