太陽の音はどれくらいですか？

音は宇宙空間を通過できません。しかし、可能であれば、太陽の音はどれくらい大きいでしょうか？この音は地球上の生命にとって危険なのでしょうか、それともこの距離からほとんど聞こえないでしょうか？

太陽は非常に騒々しいです。表面は、1平方メートルごとに数千から数万ワットの音響パワーを生成します。これは、ロックコンサートのスピーカーを通るパワーフラックスの10倍から100倍、または警察のサイレンの前のようなものです。この場合の「スピーカー表面」を除き、太陽の表面全体は地球の表面積の約10,000倍です。

「user10094」が言ったことにもかかわらず、私たちは実際に太陽が「音」のようなものを知っています-SDOのHMIやSOHOのMDIや地上のGONG天文台などの楽器は、太陽の目に見える表面のどこでもドップラーシフトを測定し、実際に太陽全体で共鳴する音波（超低周波）を見ることができます！かっこいいですね。太陽は大きいので、音波は非常に深い周波数で共鳴します。典型的な共鳴モードには5分の周期があり、それらの約100万がすべて同時に進行します。

太陽の共鳴モードは、何かに興奮しています。それは、対流性乱流の途方もないブロードバンドラッシングです。熱は対流によって太陽の表面にもたらされます。高温の物質は外層を通過して上昇し、表面に到達し、冷却され（日光を放射することにより）、沈みます。「典型的な」対流セルはテキサスとほぼ同じサイズであり、望遠鏡を通して見ると小さな粒子のように見えるため、「顆粒」と呼ばれます。それぞれ（テキサスのサイズ、覚えておいてください）が上昇し、その光を分散し、5分で沈みます。それはラケットの一体を生成します。太陽の表面には、一度に1000万のようなものがあります。その音響エネルギーの大部分は太陽に反射して戻ってきますが、その一部は太陽彩層とコロナに放出されます。まだ誰もその音のエネルギーがどれだけ出ているかはわかりませんが、平均して表面の平方メートルあたり約30から約300ワットの間です。太陽の表面力学がトリッキーであるため、不確実性が生じます。深い内部では、太陽磁場が物理学にあまり影響しないふりをして流体力学を使用でき、外部（コロナ）では気体自体が物理学にあまり影響を与えないふりをすることができます。目に見える表面の上の境界層では、どちらの近似も適用されず、物理学は扱いにくい（まだ）ようになります。太陽磁場が物理学にあまり影響を与えないように見せかけることができ、流体力学を使用します。また、外部（コロナ）では、気体自体が物理学にあまり影響を与えないふりをすることができます。目に見える表面の上の境界層では、どちらの近似も適用されず、物理学は扱いにくい（まだ）ようになります。太陽磁場が物理学にあまり影響を与えないように見せかけることができ、流体力学を使用します。また、外部（コロナ）では、気体自体が物理学にあまり影響を与えないふりをすることができます。目に見える表面の上の境界層では、どちらの近似も適用されず、物理学は扱いにくい（まだ）ようになります。

dBAの観点から、漏れた音が何らかの形で地球に伝播する場合は、よく見てみましょう...地球の太陽光は距離で約10,000倍減衰します（つまり、太陽の表面では10,000倍明るくなります）。太陽での/ m2の音は、どういうわけか地球に伝播し、約20mW / m2の音の強さを生み出します。0dBは約1pW / m2であるため、約100dBです。地球では、音源から約150,000,000キロメートル離れています。良いことの音は空間を移動しませんよね？

SOHO / MDIプロジェクトの優秀な人々は、楽器からのデータを43,000倍高速化することにより、共鳴太陽振動のサウンドファイルを作成しました。こちらのソーラーセンターのウェブサイトで聞くことができます。他の誰かがSDO / HMI機器で同じことを行い、SDOのファーストライトビデオにサウンドを重ねました。輪ゴムのような音がするこれ​​らの音は両方ともデータから大きくフィルタリングされています-特定の共鳴空間モード（共鳴音の形状）がデータから抽出されているため、主にその特定の共鳴モードが聞こえます。実際のフィルター処理されていない音ははるかに不協和音であり、耳には共鳴音のように聞こえず、ノイズのように聞こえます。

サー・カンフェレンスの投稿は非常に興味深い回答ですが、間違っていると思います。太陽の表面は明らかに動いていますが、太陽と地球が音の伝達を可能にする流体媒体（空気など）の中にある場合でも、必ずしも可聴音が放射されるわけではありません。

理由を説明するために、実際に同じ分析線を地球の海に適用できます。表面は大きく動くため、音を放射する必要があります。しかし、あなたが本当に近くにいて波を壊さない限り、何も聞こえません。

大まかな数値で計算してみましょう。海の表面積は約5億1,000万平方キロメートルです。。平均波高が1mで、平均波周波数が0.1 Hz（10秒ごとに1波）であるとします。海洋が球形の音源である場合、これは音響出力を生成し、1000 km離れた場所での音圧は240 dB SPLになります。それは明らかにそうではありません、そうでなければ私たちはすべて死んでしまうでしょう。 5 ⋅ 10 24$150 \cdot 10^{12} m^2$$5 \cdot 10^{24} W$

それではなぜですか？音が実際に放射されるためには、表面が均一に移動する必要があります。空気を上に動かすすべての海洋波には、空気を下に動かす波が近くにあるため、寄与は単純にキャンセルされます。技術的に言えば、表面全体の法線強度を積分してパワーを計算する必要があります。強度は同量の正と負の成分を持ち、それらの合計はゼロです。

それは、スピーカーを箱に入れる理由と同じ理由です：戸外では、コーンの前面とコーンの背面からの空気の動きが単純に相殺されるので、それを箱に入れて取り除きます背面からの音。

ですから、ここでの本当の答えは、太陽の表面のさまざまな部分からの音の寄与が互いに打ち消し合うため、まったく聞こえないでしょう。その距離にわたる音響放射は、太陽の表面が均一に動く場合、つまり太陽全体が膨張または収縮する場合にのみ発生します。それはある程度起こりますが、非常に非常に低い周波数でのみ発生します。この周波数は聞き取れず、音響放射の効率が大幅に低下します。

太陽の音の大きさに関する他の回答とは異なり、実際にどのように聞こえるかについての情報があります。静的なハミングを変化させるものとして説明します。

このNASAビデオの生の音声を聞く：「NASA | Sun Sonification（raw audio）」、NASAゴダードによるナレーション版：「Sounds of the Sun」、またはGoddard Media StudiosのWebページ「Sounds of the Sun」をご覧ください。この記事は「ラウドネス」については何も述べていません。

NASAの別のWebページは、GMSのWebページと同じ名前で、「Sounds of the Sun」という追加情報を提供します。

「太陽は沈黙していません。星の鼓動の低い脈動するハム音により、科学者は内部を覗き込み、目の前を流れる太陽の物質の巨大な川、つまり耳を明らかにすることができます。太陽と宇宙にある他のすべての星この作品は、太陽の低周波音を特徴としています。

...

これらは、40日間の太陽および太陽圏天文台（SOHO）のマイケルソンドップラーイメージャー（MDI）データから生成され、A。コソビチェフによって処理された太陽音です。これらの音を生成するために彼が使用した手順は次のとおりでした。彼は、太陽ディスク全体で平均化されたドップラー速度データから始めたため、低角度（l = 0、1、2）のモードのみが残っていました。その後の処理により、宇宙船の運動効果、機器の調整、およびいくつかの偽のポイントが削除されました。次に、Kosovichevは約3 MHzでデータをフィルター処理して、きれいな音波を選択しました（超粒状化および機器ノイズではありません）。最後に、彼は不足しているデータを補間し、データをスケーリングしました（42,000倍に高速化して、人間の可聴範囲（kHz）にしました）。その他のオーディオファイルについては、Stanford Experimental Physics Lab Solar Soundsページ。クレジット：A. Kosovichev、Stanford Experimental Physics Lab。」

スタンフォードのウェブページで説明されているように、「太陽の音速変動」は、これらの音を分析して太陽の密度プロットを作成することができました。詳細については、スタンフォード大学のウェブページ「太陽地震学」をご覧ください。

" 波
地震学とヘリオ地震学の両方の主要な物理学は、身体（地球または太陽）の内部で励起され、媒体を介して伝播する波動です。 。

地球の場合、通常、1つ（または少数）の動揺の原因があります。それは地震です。

太陽の場合、太陽の「地震」波を生成するソースはありません。私たちが観測している太陽波を引き起こす動揺の原因は、より大きな対流領域のプロセスです。単一のソースがないため、ソースを連続体として扱うことができます。そのため、鳴っている太陽は、多くの小さな砂粒が絶え間なく鳴る鐘のようです。

太陽の表面では、波はガスの上下振動として現れ、スペクトル線のドップラーシフトとして観測されます。典型的な可視太陽スペクトル線の波長が約600ナノメートル、幅が約10ピコメートルであると仮定すると、1メートル/秒の速度で線が約0.002ピコメートルシフトします[ Harvey、1995、 pp。34 ]。太陽地震学では、個々の振動モードの振幅は1秒あたり約0.1メートル以下です。したがって、観測目標は、スペクトル線のシフトをその幅の百万分の1の精度で測定することです。

振動モードヘリオ地震学者が測定または探す
3種類の波は、音響波、重力波、表面重力波です。これらの3つの波は、それぞれpモード、gモード、fモードを、振動の共振モードとして生成します。これは、太陽が共振空洞として機能するためです。約10 ^ 7個のpおよびfモードだけがあります。[Harvey、1995、pp。33]。各振動モードは、太陽内部の異なる部分をサンプリングしています。検出された振動のスペクトルは、周期が約1.5分から約20分で、水平波長が数千キロメートル未満から太陽球の長さまでのモードから発生します[ Gough and Toomre、p。627、1991 ]。

以下の画像は、太陽の内部で共鳴する音響波（pモード波）を表すためにコンピューターによって生成されました。

上の図は、太陽の振動の定在波のセットを示しています。ここで、半径の次数はn = 14、角度の次数はl = 20、角度の次数はm = 16です。赤と青は逆符号の要素変位を示します。MDIデータから決定されるこのモードの周波数は、2935.88 +/- 0.2 microHzです。

HelioseismologyのウィキペディアのWebページでは、このパワーチャートを提供しています。

太陽のpモードの分析は、「太陽活動領域における高次pモードの振幅、幅、エネルギーの活動関連の変動」（2014年1月21日）、RA Maurya、A。AmbasthaおよびJによって提供されました。チェ。セクション3では、3次元共鳴を振幅に変換する式を提供します。

...

" 1.はじめに

おそらく最初にレイトンらによって観測された光球の5分間の振動。（1962）は、太陽内部のトラップされた音波（pモード）によって引き起こされ（Ulrich 1970; Leibacher＆Stein 1971）、よく知られており、広く研究されています。pモードのエネルギーは、対流または放射フラックスによってもたらされると考えられています。pモードプロパティの正確な決定は、太陽内部を調べる強力なツールを提供します。高度（ > 200）の音響振動は、水平方向の波数に応じて、光球を上限および下限とする球面シェルに垂直に閉じ込められます。、および周波数（）、$ℓ$$\small{k^2_h = \frac{l(l+1)}{r^2}}$$ω$

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

ここで、はより低いターニングポイントの深さです。高次モードの寿命は、太陽の周りの音の移動時間よりもはるかに短いため、これらのモードでは、水平方向の波長が長く、寿命が長い低次モードよりも局所効果が重要です。高次の音波はグローバルモードではない可能性があります。つまり、周囲を伝わって干渉する場合、それらはコヒーレントのままではありません。したがって、それらはローカルに水平に移動し、垂直にトラップされた波と見なすことができます。これらは、光球スペクトル線のドップラーシフトから推測される光球運動として観察されます。$r_t$

...

3.分析手法
3.1。リング図とpモードパラメーター

太陽上の選択された領域に対応するpモードパラメータを推定するために、関心領域は経時的に追跡されます。この時空間領域は、次元配列（またはデータキューブ）によって定義されます。ここで、最初の二つの次元（）に沿って活性領域の空間的な大きさ（AR）に対応する及び- -axes、帯状とメリディオナル方向を表し、第三（時間）$N_x × N_y × N_t$$N_x,N_y$$x$$y$$N_t$$t$数分で。リングダイアグラム分析に使用されるデータキューブは、通常1664分の持続時間で、対象の場所を中心とした16°×16°の領域をカバーします。この領域の選択は、太陽の空間分解能、深さの範囲、およびパワースペクトルの空間波数の分解能の間の妥協です。サイズを大きくすると、より深いサブ光球層にアクセスできますが、空間解像度は粗くなります。一方、サイズを小さくすると、より深い層へのアクセスが制限されるだけでなく、リングのフィッティングがより難しくなります。

追跡される画像のピクセルの空間座標は、必ずしも整数ではありません。追跡データキューブに3次元フーリエ変換を適用するために、追跡画像の座標を整数値に補間しました。そのために、sinc補間法を使用します。データキューブの3次元フーリエ変換では、高い周波数が下側にエイリアシングするため、エッジ近くのリングが切り捨てられます。切り捨て効果を回避するために、空間次元と時間次元の両方でデータキューブをアポダイズしました。空間アポダイゼーションは、2D-コサインベル法によって得られ、16°×16°の領域を半径15°の円形パッチに縮小します（Corbard et al。2003）。

データキューブで観測される光球速度信号は、位置（）と時間（）の関数です。周波数領域の速度信号をとします。ここで、とはそれぞれ方向と方向の空間周波数であり、ωは振動の角周波数です。次に、データキューブは次のように記述できます。$v(x,y,t)$$x,y$$t$$f(k_x,k_y,ω)$$k_x$$k_y$$x$$y$$v(x,y,t)$

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

pモード振動の振幅は、式3のフーリエ変換を使用して計算されます。（2）。パワースペクトルは、 $f(k_x,k_y,ω)$

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

5.まとめと結論

平面波と磁気活動およびフレア活動との関連を想定して、リングダイアグラム手法を使用して太陽サイクル23および24で観測されたいくつかのフレアおよび休止ARと関連QRのサンプルの高度なpモード特性を研究しました。pモードパラメータの変化は、デューティサイクル、短縮、磁気およびフレアアクティビティ、および測定の不確実性の複合効果です。

AR のpモード振幅（）およびバックグラウンドパワー（）は、ディスク中心からの角距離とともに減少し、幅はゆっくりと増加することがわかりました。モードの振幅と幅に対する短縮化の影響は、Howe et al。（2004）。ディスクの中心からの距離が増加すると、垂直変位の余弦成分のみが測定されるため、距離に伴うモード振幅の減少が生じます。さらに、四肢に近づくにつれてドップラーグラムの空間解像度が低下するのは、短縮が原因です。これにより、太陽から中心から手足の方向に決定される空間分解能が低下するため、体系的な観測誤差が生じます。$A$$b_0$$A$

pモードパラメータに対する2番目に大きな影響は、デューティサイクルが原因です。モードの振幅はデューティサイクルの増加とともに増加するのに対し、モード幅とバックグラウンドパワーは逆の傾向を示すことがわかりました。同様の結果が、以前にグローバルなpモードの振幅と幅について、たとえばKomm et al。によって報告されました。（2000a）。これらの著者は、値が低い場合にデューティサイクルでモード幅が最も大きく増加し、振幅が減少することを報告しました。モードパラメータのこれらの変更は、データキューブの信号サンプルの増加が原因である可能性があります。ただし、5分間および高周波数帯域のいくつかのモードでは、モード振幅がデューティサイクルで大幅に増加しないことがわかりました。高調波次数が増加すると、デューティサイクルの影響は減少します$ℓ$。モードパラメータと磁気およびフレアアクティビティの関係を調べるために、短縮のためにすべてのARおよびQRのモードパラメータを修正しました。...」。

上記で計算された正確なラウドネスは、測定する場所と時間の関数です。

ウィキペディアのWebページ：クラドニ図（フラット）、機械的共鳴、ヘルムホルツ共鳴（空気で満たされた球）は、計算の難易度と複雑さに関するいくつかの関連情報を提供します。論文：マリア・ピア・ディ・マウロによる「Asteroseismologyのレビュー」（2017年11月7日）、星の中を移動する定在波が、共振モードを引き起こす建設的な干渉を議論しています。