Quanto sarebbe forte il sole?

Il suono non può viaggiare attraverso lo spazio. Ma se potesse, quanto sarebbe forte il sole? Il suono sarebbe pericoloso per la vita sulla Terra, o lo sentiremmo a malapena da questa distanza?

Il sole è immensamente forte. La superficie genera da migliaia a decine di migliaia di watt di potenza sonora per ogni metro quadrato. È qualcosa di simile al flusso di potenza da 10 a 100 volte attraverso gli altoparlanti di un concerto rock o davanti alla sirena della polizia. Tranne la "superficie dei diffusori" in questo caso è l'intera superficie del Sole, circa 10.000 volte più grande della superficie della Terra.

Nonostante ciò che ha detto "user10094", in realtà sappiamo come "suoni" il Sole: strumenti come l'HMI di SDO o l'MDI di SOHO o l'osservatorio GONG a terra misurano il movimento Doppler ovunque sulla superficie visibile del Sole, e noi può effettivamente vedere le onde sonore (bene, le onde infrasuoni) che risuonano nel Sole nel suo insieme! Abbastanza bello, eh? Poiché il Sole è grande, le onde sonore risuonano a frequenze molto profonde - le modalità di risonanza tipiche hanno periodi di 5 minuti e ce ne sono circa un milione che vanno tutte in una volta.

Le modalità risonanti nel Sole sono eccitate da qualcosa. Quel qualcosa è l'enorme corsa a banda larga della turbolenza convettiva. Il calore viene portato sulla superficie del sole per convezione: il materiale caldo sale attraverso gli strati esterni, raggiunge la superficie, si raffredda (irradiando la luce solare) e affonda. La cellula di convezione "tipica" ha le dimensioni del Texas ed è chiamata "granello" perché assomigliano a piccoli granuli se visti attraverso un telescopio. Ognuno (le dimensioni del Texas, ricorda) si alza, disperde la sua luce e affonda in cinque minuti. Ciò produce un diavolo di una racchetta. Ci sono qualcosa come 10 milioni di quelli su tutta la superficie del Sole in qualsiasi momento. La maggior parte di quell'energia sonora viene riflessa nel Sole, ma parte di essa esce nella cromosfera solare e nella corona. Nessuno può essere sicuro, tuttavia, di quanta energia sonora viene emessa, ma molto probabilmente tra circa 30 e circa 300 watt per metro quadrato di superficie. L'incertezza arriva perché le dinamiche superficiali del Sole sono difficili. Nell'interno profondo, possiamo far finta che il campo magnetico solare non influisca molto sulla fisica e usare l'idrodinamica, e all'esterno (corona) possiamo fingere che il gas stesso non influisca molto sulla fisica. Agli strati limite sopra la superficie visibile, non si applica nessuna approssimazione e la fisica diventa troppo complicata per essere tracciabile (ancora). possiamo far finta che il campo magnetico solare non influisca molto sulla fisica e usare l'idrodinamica, e all'esterno (corona) possiamo fingere che il gas stesso non influisca molto sulla fisica. Agli strati limite sopra la superficie visibile, non si applica nessuna approssimazione e la fisica diventa troppo complicata per essere tracciabile (ancora). possiamo far finta che il campo magnetico solare non influisca molto sulla fisica e usare l'idrodinamica, e all'esterno (corona) possiamo fingere che il gas stesso non influisca molto sulla fisica. Agli strati limite sopra la superficie visibile, non si applica nessuna approssimazione e la fisica diventa troppo complicata per essere tracciabile (ancora).

In termini di dBA, se tutto quel suono trapelato potesse in qualche modo propagarsi sulla Terra, bene vediamo ... La luce solare sulla Terra viene attenuata circa 10.000 volte dalla distanza (cioè è 10.000 volte più luminosa sulla superficie del Sole), quindi se 200 W / m2 di suono al Sole potrebbe in qualche modo propagarsi sulla Terra, producendo un'intensità del suono di circa 20 mW / m2. 0 dB è di circa 1pW / m2, quindi circa 100 dB. Sulla Terra, a circa 150.000.000 di chilometri dalla sorgente sonora. Meno male che il suono non viaggia attraverso lo spazio, eh?

Le brave persone del progetto SOHO / MDI hanno creato alcuni file audio di oscillazioni solari risonanti accelerando i dati dal loro strumento di 43.000 volte. Puoi ascoltarli qui, sul sito Web di Solar Center . Qualcun altro ha fatto la stessa cosa con lo strumento SDO / HMI e ha sovrapposto i suoni ai video di prima luce di SDO . Entrambi questi suoni, che sembrano un po 'come il suono di un elastico, sono fortemente filtrati dai dati - una particolare modalità spaziale risonante (forma di un suono risonante) viene estratta dai dati, e quindi si sente principalmente quella particolare modalità risonante . L'attuale suono non filtrato è molto più cacofonico, e all'orecchio suonerebbe meno come un suono risonante e più come un rumore.

Mentre il post di Sir Cumference è una risposta molto intrigante, ma temo che sia sbagliato. La superficie del sole è chiaramente in movimento, ma ciò non comporta necessariamente la radiazione del suono udibile, anche se il sole e la terra si trovassero in un mezzo fluido (come un'aria) che consentirebbe il trasferimento del suono.

Per spiegare il perché, possiamo effettivamente applicare la stessa linea di analisi all'oceano terrestre. La superficie si muove molto, quindi il suono dovrebbe essere irradiato. Tuttavia, non sentiamo nulla a meno che tu non sia davvero vicino e abbia onde che si infrangono.

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

Quindi perche no? Affinché il suono si irradi effettivamente, la superficie deve muoversi uniformemente. Per ogni onda oceanica che sposta l'aria verso l'alto c'è un'onda vicina che sposta l'aria verso il basso e quindi i contributi semplicemente annullano. Tecnicamente parlando, dobbiamo calcolare la potenza integrando l'intensità normale su tutta la superficie, l'intensità ha uguali quantità di componenti positivi e negativi e la somma su quelli è zero.

Questo è lo stesso motivo per cui metti un altoparlante in una scatola: all'aria aperta, il movimento dell'aria dalla parte anteriore del cono e dalla parte posteriore del cono si annullerà semplicemente, quindi lo metti in una scatola per sbarazzarti del suono dalla parte posteriore.

Quindi penso che la vera risposta qui sia: non sentiresti assolutamente nulla poiché i contributi sonori di diverse parti della superficie del sole si annullerebbero a vicenda. Le radiazioni sonore su quella distanza si verificherebbero solo se la superficie del sole si muove uniformemente, cioè l'intero sole si espande o si contrae. Ciò accade in una certa misura, ma solo a frequenze molto, molto basse che sono impercettibili e in cui le radiazioni sonore sono molto meno efficienti.

Insieme alle altre risposte, che differiscono, sul volume del Sole ci sono informazioni disponibili su come suona realmente. Lo descriverei come un ronzio variabile con statico.

Ascolta l'audio non elaborato in questo video della NASA: " NASA | Sun Sonification (audio non elaborato) ", una versione narrata dalla NASA Goddard: " Sounds of the Sun " o visita la pagina Web di Goddard Media Studios: " Sounds of the Sun ". L'articolo non dice nulla sul "volume".

Un'altra pagina Web della NASA, con un nome identico a quella di GMS: " Sounds of the Sun ", fornisce alcune informazioni aggiuntive:

"Il sole non è silenzioso. Il ronzio basso e pulsante del battito cardiaco della nostra stella consente agli scienziati di scrutare all'interno, rivelando enormi fiumi di materiale solare che scorrevano davanti ai loro occhi - ehm, orecchie. L'eliofisico della NASA Alex Young spiega come questo semplice suono ci collega con il sole e tutte le altre stelle dell'universo. Questo pezzo presenta suoni del sole a bassa frequenza. Per la migliore esperienza di ascolto, ascolta questa storia con le cuffie.

...

Questi sono suoni solari generati da 40 giorni di dati di Michelson Doppler Imager (MDI) dell'Osservatorio solare ed eliosferico (SOHO) ed elaborati da A. Kosovichev . La procedura che ha usato per generare questi suoni è stata la seguente. Ha iniziato con i dati di velocità doppler, mediati sul disco solare, in modo che rimanessero solo le modalità di basso grado angolare (l = 0, 1, 2). L'elaborazione successiva ha rimosso gli effetti di movimento del veicolo spaziale, l'accordatura dello strumento e alcuni punti spuri. Quindi Kosovichev ha filtrato i dati a circa 3 MHz per selezionare onde sonore pulite (e non supergranulazione e rumore strumentale). Infine, ha interpolato i dati mancanti e ridimensionato i dati (accelerandoli di un fattore 42.000 per portarli nel raggio udibile umano (kHz)). Per ulteriori file audio, visitare ilPagina dei suoni solari del laboratorio di fisica sperimentale di Stanford . Crediti: A. Kosovichev, laboratorio di fisica sperimentale di Stanford. ".

Come spiegato nella pagina web di Stanford: " Variazioni di velocità del suono solare " sono stati in grado di analizzare questi suoni per produrre un diagramma di densità del Sole. Ulteriori informazioni sono disponibili sulla pagina web di Stanford: " Elioseismologia " dove spiegano:

" Onde
La fisica primaria sia nella sismologia che nell'eliosismologia sono i moti ondulatori che sono eccitati all'interno del corpo (Terra o Sole) e che si propagano attraverso un mezzo. Tuttavia, ci sono molte differenze nel numero e nel tipo di onde sia per gli ambienti terrestri che per quelli solari .

Per la Terra, di solito abbiamo una (o poche) fonti di agitazione: terremoti.

Per il Sole, nessuna fonte genera onde "sismiche" solari. Le fonti di agitazione che causano le onde solari che osserviamo sono processi nella più ampia regione convettiva. Poiché non esiste una sola fonte, possiamo trattarla come un continuum, quindi il Sole che squilla è come una campana che suona continuamente con molti piccoli granelli di sabbia.

Sulla superficie del Sole, le onde appaiono come oscillazioni su e giù dei gas, osservate come spostamenti Doppler delle linee dello spettro. Se si presume che una tipica linea di spettro solare visibile abbia una lunghezza d'onda di circa 600 nanometri e una larghezza di circa 10 picometri, una velocità di 1 metro al secondo sposta la linea di circa 0,002 picometri [ Harvey, 1995, pp. 34 ]. In eliosismologia, le singole modalità di oscillazione hanno ampiezze non superiori a circa 0,1 metri al secondo. Pertanto l'obiettivo osservativo è misurare gli spostamenti di una linea di spettro con una precisione delle parti per milione della sua larghezza.

Modalità di oscillazione
I tre diversi tipi di onde misurate o ricercate dagli eliosismologi sono: onde acustiche, di gravità e di gravità superficiale. Queste tre onde generano rispettivamente modalità p , modalità g e modalità f come modalità di oscillazione risonanti perché il Sole agisce come una cavità risonante. Esistono circa 10 ^ 7 modalità solo f. [Harvey, 1995, pagg. 33]. Ogni modalità di oscillazione campiona diverse parti dell'interno solare. Lo spettro delle oscillazioni rilevate deriva da modalità con periodi che vanno da circa 1,5 minuti a circa 20 minuti e con lunghezze d'onda orizzontali comprese tra meno di qualche migliaio di chilometri e la lunghezza del globo solare [ Gough and Toomre, p. 627, 1991 ].

L'immagine seguente è stata generata dal computer per rappresentare un'onda acustica (onda in modalità p) che risuona all'interno del Sole.

La figura sopra mostra una serie di onde stazionarie delle vibrazioni del Sole. Qui, l'ordine radiale è n = 14, il grado angolare è l = 20 e l'ordine angolare è m = 16. Il rosso e il blu mostrano gli spostamenti degli elementi del segno opposto. La frequenza di questa modalità determinata dai dati MDI è 2935,88 +/- 0,2 microHz.

La pagina web di Wikipedia sull'eliosismologia offre questo diagramma di potere:

Un'analisi delle modalità p del Sole è stata offerta in: " Variazioni legate all'attività di ampiezza, ampiezza ed energia della modalità p ad alto grado nelle regioni attive solari " (21 gennaio 2014), di RA Maurya, A. Ambastha e J Chae. Nella sezione 3 forniscono una formula per convertire la risonanza tridimensionale in ampiezza:

...

" 1. Introduzione

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

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

$r_t$

...

3. Tecniche di analisi
3.1. Diagrammi ad anello e parametri della modalità p

$N_x × N_y × N_t$$N_x,N_y$$x$$y$$N_t$$t$in pochi minuti. I cubi di dati utilizzati per l'analisi del diagramma ad anello hanno in genere una durata di 1664 minuti e un'area di copertura di 16 ° × 16 ° centrata attorno alla posizione di interesse. Questa scelta di area è un compromesso tra la risoluzione spaziale sul Sole, la gamma di profondità e la risoluzione in numero d'onda spaziale degli spettri di potenza. Una dimensione maggiore consente l'accesso agli strati sub-fotosferici più profondi, ma solo con una risoluzione spaziale più grossolana. D'altra parte, una dimensione più piccola non solo limita l'accesso agli strati più profondi, ma rende anche più difficile il montaggio degli anelli.

Le coordinate spaziali dei pixel nelle immagini tracciate non sono sempre intere. Per applicare la trasformata tridimensionale di Fourier sul cubo di dati tracciati, abbiamo interpolato le coordinate delle immagini tracciate in valori interi, per i quali utilizziamo il metodo di interpolazione sinc. La trasformazione tridimensionale di Fourier del cubo di dati tronca gli anelli vicino ai bordi a causa dell'aliasing delle frequenze più alte verso il lato inferiore. Per evitare gli effetti di troncamento, abbiamo apodificato il cubo di dati in entrambe le dimensioni spaziale e temporale. L'apodizzazione spaziale è stata ottenuta con un metodo a campana 2D-coseno, che riduce l'area di 16 ° × 16 ° a una zona circolare con un raggio di 15 ° ( Corbard et al. 2003 ).

$v(x,y,t)$$x,y$$t$$f(k_x,k_y,ω)$$k_x$$k_y$$x$$y$$v(x,y,t)$

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

$f(k_x,k_y,ω)$

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

5. Sintesi e conclusioni

Abbiamo studiato le proprietà p-mode di alto grado di un campione di diversi AR flaring e dormienti e QR associati, osservati durante i cicli solari 23 e 24 usando la tecnica del diagramma ad anello, assumendo onde piane, e la loro associazione con attività magnetiche e flare. Le modifiche ai parametri della modalità p sono gli effetti combinati dei cicli di lavoro, dello scorcio, delle attività magnetiche e di flare e delle incertezze di misura .

$A$$b_0$$A$con la distanza sorge perché con l'aumentare della distanza dal centro del disco misuriamo solo la componente del coseno dello spostamento verticale. Inoltre, lo scorcio provoca una diminuzione della risoluzione spaziale dei Dopplergram mentre osserviamo sempre più vicino all'arto. Ciò riduce la risoluzione spaziale determinata sul Sole nella direzione da centro a arti, e quindi porta a errori di osservazione sistematici.

$ℓ$. Per studiare la relazione dei parametri di modalità con le attività magnetiche e di flare, abbiamo corretto i parametri di modalità di tutti gli AR e QR per lo scorcio. ... ".

Il volume esatto , come calcolato sopra, è una funzione di dove e quando si misura.

Le pagine Web di Wikipedia: figure di Chladni (piatte), risonanza meccanica e risonanza di Helmholtz (sfera piena d'aria) forniscono alcune informazioni correlate sulla difficoltà e la complessità dei calcoli. L'articolo: " Una recensione sull'asterosismologia " (7 novembre 2017), di Maria Pia Di Mauro, parla delle onde stazionarie che viaggiano all'interno della stella e che interferiscono costruttivamente con se stesse dando origine a modalità risonanti.