@ 2017.09.19 , 11:00

用卫星和土星环创作音乐

在心怀敬畏和赞叹遥望了几个世纪的土星环后,多伦多大学的天体物理学家现在使我们能聆听土星环了。

多伦多大学艺术与科学系理论天体物理加拿大研究会(CITA)的博士后研究员Matt Russo说道:“为了庆祝下个月NASA的卡西尼任务的终场演出,我们把土星的卫星和星环转变为了两首曲子。”

这一转换是通过轨道共振实现的,当两个天体在同一时间内绕行不同数量的轨道圈数时就会发生轨道共振,这样两者就会不断回到初始位置配置。两者间这种有节律的引力变动使两者保持紧密的循环模式,可被直接转换为音乐和声。

Russo说道:“哪里有共振,哪里就有音乐。太阳系中就数土星的共振最多。”

用卫星和土星环创作音乐
credit: 煎蛋画师PAX-12

卡西尼号在2004年抵达土星后,在绕行中已经收集了大量数据,现在已经进行最后的死亡螺旋了。它将会在9月15日跃入该行星,避免污染任何卫星。(注:本文早就翻译好了,结果一拖就过了这个日子,汗)

Russo获得了CITA博士后研究员Dan Tamayo的加盟,一起用测量百万公里的仪器玩音乐。音乐的音符和节奏都来自土星卫星的绕行运动以及组成土星环的数万亿小粒子的轨道运动。

Tamayo说道:“土星壮观的星环就像是共鸣板,在调和诸多卫星的所在放射波,某些卫星对自身锁在共振态中。”

卫星和星环的音乐

在首个曲目中,研究者将土星六个较大的卫星的自然轨道频率增加了27个八度以得到音乐的音符。Russo称:“你所听到的是卫星的实际频率,只是转移到了人类的听觉范围。”团队最后利用Tamayo研发的最新卫星系统数字模拟在每次卫星完成绕转之时播放得到的音符。

卫星系统有两个轨道共振,从而给出了节奏和和声结构,否则就会变成不稳定的摇篮曲式的曲子。土卫一Mimas和土卫三Tethys锁定在2:1共振态,所以Tethys每公转一周Mimas就转两周。土卫二Enceledus和土卫四Dione也有相同的轨道关系,随着它们进入和离开同步态,两种简单节律的组合也创造了有趣的音乐模式。

Russo称:“由于将音符的频率加倍就会得到高一个八度的相同音符,较近的这四个卫星就只会产生两种接近于纯五度的不同音符。土卫五Rhea则是大三和弦,受到土星最大的卫星泰坦不时的干扰。”

Russo和Tamayo的项目中还包括了多伦多音乐家,Matt的长期乐队伙伴Andrew Santaguida。“Dan对轨道共振的理解深刻,Andrew则是音乐制作的奇才。我的工作就是连接这两个世界。”

泰坦星实际上给卡西尼探测飞船最后推了一把,将其送入扑向土星核心的死亡之跃。音乐也跟随卡西尼飞船最后的飞行,将不断增加的轨道频率转换为剧烈的升调,音调的音量随着观测到土星环的亮暗变化而上升和下降。卡西尼号坠入土星的死亡时刻则是被表现为钢琴和弦最后一声轰隆,这也是受到The Beatles的曲子“A Day in the Life”的启发,在那首曲子中,类似的紧张的渐增曲调之后就是一个响亮的大三和弦。

音乐之外,Russo还设计了一个土星环木雕,这样人们在听音乐的同时还能用指尖跟随。加拿大国家研究院在9月15日将为视力有损人群举行Night Steps募捐展览,这个木雕届时也将展出,那也是卡西尼号命中注定的末日。

音乐地址,点我聆听

土卫十Janus的共振转换为音乐

第二首曲目是根据土卫十Janus和土卫十一Epimetheus创作的,这是两个小型的不规律卫星,在土星的主环系统之外共享一个轨道。两者就是1:1共振态的例子,太阳系中独一份。这一对卫星的轨道与土星的距离只相差一点点,但可以忽略不计,它们每四年就交换一下位置。这首曲目模拟了卡西尼任务最后的几月,这也是土卫十逐渐靠近土卫十一的时候,它将在2018年与土卫十一交换位置。这两个卫星会形成同音嗡嗡声,但节奏会不断转移。

Russo为每个轨道用吉他弹奏一次C#音符,而每次土星环内发生共振时,大提琴就维持一个音符。

Russo说道:“每个环就像是间断的线,土卫十和土卫十一在共享轨道上追逐的过程中不断将其弯曲。”卡西尼最近捕捉到了一张这在土星环中引起涟漪的图片。为了将这个转换为音乐,Russo和Santaguida使用图片中的亮度变化控制大提琴的强度。

Russo说道:“土星的跳舞卫星现在也有音乐了。”

Russo,Tamayo和Santaguida在几个月前也将最近发现的TRAPPIST-1行星系统转换为了音乐。他们将自己的星际音乐编外计划命名为SYSTEM Sounds,希望继续探寻宇宙,找到其他自然发生的和声共振。

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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