A csillagos égbolt szépsége és a világegyetem megismerése iránti vágy nemcsak természettudósokat, de művészeket, filozófusokat is foglalkoztat, és a legtöbb embert szintén megérinti. Az ókori kultúrákban a csillagászat, a matematika és a zene még szinte elválaszthatatlan volt egymástól. Az első ismertebb ilyen kapcsolatnak, a „szférák zenéjének” eredeti koncepcióját Püthagorasznak tulajdonítják. Az égi zene koncepció a kozmosz ptolemaioszi modelljén, az égitestek mozgásának kristályszférákkal leírható mozgásán alapult, tehát a zene igénye egyértelműen az univerzum kutatásához kapcsolódik.
De vajon létezik-e valamilyen tényleges fizikai kapcsolat, valamilyen égi hangszer, amelyre a modern szférák zenéje megkomponálható lenne? A válaszunk: igen, és azok maguk a csillagok.
Óriási forró gázgömbök a csillagok, amelyek a belsejükben felszabaduló termonukleáris energia jóvoltából fényt bocsátanak ki. Méreteik, fizikai tulajdonságaik széles határok között mozognak. A leírásukhoz elegendő három értéket megadnunk: a tömegüket, a másodpercenként kibocsátott teljes energiát (ezt luminozitásnak nevezzük) és egy hőmérsékleti értéket. A hőmérséklet a csillag centruma felé folyamatosan növekszik, ezért meghatározott mélységnél vett hőmérsékletet célszerű választani. A legjobb választás a fotoszféra, ahonnan a legtöbb fény érkezik hozzánk. Az itt definiált érték, az effektív hőmérséklet a megfigyelésekből jól becsülhető. A csillagok hőmérséklete határozza meg a színüket. A Nap effektív hőmérséklete 6000 K, ami még a földlakók számára is elképzelhető érték, hiszen az olvadt fém vagy láva is pár ezer fokos hőmérsékletű lehet. A csillagok tömege és energiája viszont már nehezebben fogható fel földi tapasztalataink alapján, és kilogrammokban vagy wattokban kifejezve kényelmetlenül nagy számokat kapunk. Ezért a csillagok tömegét és luminozitását a Naphoz viszonyítva adjuk meg. Így lehet egy csillag például négy naptömegnyi, a fényessége pedig 20 napluminozitásnyi. Persze ismernünk kell a Nap megfelelő adatait, ha abszolút értékekre vagyunk kíváncsiak. A Nap tömege olyan nagy, hogy egy 2-es után harminc nullát kell írnunk, ha kilogrammokban akarjuk megadni a méretét.
Említettük, hogy a csillagok gázgömbök. Földi tapasztalataink alapján tudjuk, hogy a gázokban, mint ahogy a levegőben is, hanghullámok terjedhetnek. Miért lenne ez másként a csillagokban? Az orgonasípok ismeretében azt is tudjuk, hogy a hanghullámok a levegőt tartalmazó cső méreteinek megfelelő magasságúak lehetnek. A hosszabb sípok adják ki a mélyebb hangokat. Akinek abszolút hallása van, a sípot nem látva is nagyon pontosan felbecsülheti a hosszát. Csak a megfelelő hangjegyet kell másodpercenkénti rezgésszámban megadnia és a hangsebességet figyelembe vennie. Léteznek a csillagokban olyan árulkodó hangok, amelyekből megtudhatjuk a csillag méretét? A válasz igen, de nem jutunk el olyan egyszerűen a megoldáshoz, mint az orgonát hallva. Először is a csillagközi anyag olyan ritka, hogy abban gyakorlatilag nem terjedhetnek hangok.
Szerencsére mégis érkezik információ a csillagbelső hangjairól, de a fény segítségével. A hanghullámok ugyanis modulálják a csillag fényét. A csillag hangjai rezgésként jelennek meg. A csillag külseje kitágul és összehúzódik, ezzel együtt a felszíni hőmérséklet is periodikusan csökken, illetve emelkedik. A fotoszféra átmérőjének és hőmérsékletének változása viszont természetes módon a kibocsátott energia mennyiségének változásával jár együtt. Két kérdés vetődik fel: milyen magasan vagy mélyen szólnak a csillagok, illetve, létezik-e olyan természetes folyamat, amely megszólaltatja ezeket az óriási hangszereket? Mindkét kérdésre egyszerűen adódik a tapasztalati válasz, hiszen megfigyelhetünk olyan csillagokat, amelyek ciklikusan kifényesednek és elhalványodnak.
Az orgonasípok esetében a hangmagasságot az határozza meg, mennyi időre van szükség ahhoz, hogy a hang a síp egyik végétől a másikig eljusson. A síp hossza határozza meg a hullámhosszt és ezzel együtt a rezgések periódusát. Ezért szólnak mélyebb hangon a hoszszabb sípok. A csillagoknál is ez az elv érvényesül. Meghatározva azt az időtartamot, amíg a hang a csillagfelszíntől a magig utazik, adódik a csillagrezgések periódusa. Ezek után logikus, hogy a csillagok hangja nagyon mély kell hogy legyen, hiszen méretük összehasonlíthatatlanul nagyobb, mint az akusztikus hangszerek mérete.
A távcső, majd később a fényképezés, a múlt században pedig az elektronikus detektorok segítségével egyre több halvány csillag lüktetése, majd egyre kisebb változások is felismerhetővé váltak. Az utóbbi évtizedekben a szisztematikus feltérképezések révén az ismert változócsillagok száma megsokszorozódott.
A megfigyelések feltárták a csillagok fényváltozásainak világát. Mi a közös és mi a különböző vonás a csillagok és az akusztikus hangszerek esetében? A csillagok lényegesen bonyolultabbak. Egyrészt a sípoknál jó közelítés, ha csak egy térbeli kiterjedéssel számolunk, a csillagok gömb formája miatt ez nem tehető meg. A sípban (amikor nem szól) a nyugalomban lévő levegő sűrűsége, nyomása független a helytől. A csillag belsejében a felszíntől a centrum irányába haladva növekszik a nyomás és a hőmérséklet, tehát a hangsebesség sem állandó. Ezért ha a csillagok rezgési periódusát szeretnénk meghatározni, nem számolhatjuk ki egyszerűen a csillag sugara és egy állandó hangsebesség segítségével. A fotoszférából lefelé induló hanghullámok sebessége folyamatosan növekszik. A helyi hangsebességek ismeretében meghatározhatjuk, hogy a felszínről induló hangok mennyi idő alatt érnek bizonyos mélységbe. Ez jó mérőszám a csillagon belüli helyzet megadására is. Ahogyan a csillagok távolságát fényévekben mérjük – a fény számára szükséges utazási idő segítségével –, a csillagok belsejében például hangnapokban gondolkodhatunk. A hanghullámok nem hatolnak tetszőleges mélységbe, ugyanis a sűrűség növekedésével a gáz egyre „merevebben” viselkedik, és a pár millió fokos hőmérsékletű területről gyakorlatilag visszaverődnek. E képzeletbeli fal hangnapokban kifejezett mélysége megadja a csillag fő periódusát.
De a sípokban sem csak egyféle rezgések lehetnek. Egy adott hangszer hangszínét lehetséges rezgéseinek összessége adja meg. A normál A-ra hangolt síp esetén nemcsak egy 440 Hz-es hang szólal meg, hanem annak egész számú többszörösei is – ezeket nevezzük felhangoknak. A hangmagasság szempontjából az alaphang frekvenciája a fontos, és a felhangok határozzák meg a hangszínt. A csillagokban a felhangok másként viselkednek, már nem harmonikusai az alaphangnak, azaz a frekvenciák aránya nem adható meg egész számokkal. Ennek oka a hangsebesség helyfüggése.
Az akusztikus hangszerek és a csillagok közötti másik lényeges eltérés azok megszólaltatása/megszólalása. Egy orgona vagy egy klarinét nem szólal meg magától, ehhez a befújt levegő energiájára van szükség. A húr is csak akkor szólal meg, ha a zongorában a kalapács megüti vagy a zenész megpengeti. A csillagok hangjaira adott eddigi közelítés esetén is szükség lenne valamilyen beavatkozásra, gigászi zenészre, hogy az rezgésbe hozza. Szerencsére a sugárzási energia terjedése és a csillag rezgései közötti kölcsönhatás természetes gerjesztési mechanizmust hoz létre. Amikor a csillag anyaga összenyomódik vagy kitágul, megváltozik fényáteresztő képessége is. Ha a csillag egy adott helyén a tágulás következtében változó kapacitásnövekedés folytán az ott lévő gáz több sugárzási energiát nyel el, mint korábban, akkor az tovább forrósodik és tovább tágul. Ezáltal a hőenergia mozgási energiává alakulhat. Más helyeken a folyamat éppen ellentétes irányú, ekkor a rezgések veszítenek energiájukból. A csillagon belül mindkét irányú folyamat létrejön, de eltérő helyeken. A kettő egyensúlya határozza meg, hogy a csillag „szeret-e zenélni”.
Ha minden egyes periódusról pontosan meg tudjuk mondani, hogy az milyen felszíni és belső hullámalakzathoz kapcsolódik, akkor a megfigyelések alapján következtethetünk a csillag belső rétegződésére. A földi analógiának megfelelően asztroszeizmológiának nevezzük az eljárást, amellyel a „csillagrengések” ismeretében a belső szerkezetre következtethetünk. A mai asztrofizikai kutatások egyik fontos területe az, miként azonosíthatók egyértelműen a megfigyelt csillaghangok.
Központi égitestünk csak egy átlagos a sok csillag közül. Közelsége miatt viszont olyan halk suttogását is „meghallhatjuk”, amelyek megfigyelését a méréstechnika fejlődése folytán csak napjainkban kísérelhetjük meg más csillagok esetében. A Nap piciny rezgéseit 1962-ben fedezték fel, de csak a hetvenes években derült fény a létrejöttük hátterére. Mivel az oszcillációk periódusa öt perc körüli, ezeket a Nap ötperces oszcillációiként is emlegetik. A teljes hangspektrum közel egyórás rezgésekig terjed, és 180 perces periódusú hullámzások is megfigyelhetők a Nap fényében. Ma már az egyik csillagászati mesterséges hold, a Soho jóvoltából nagyon jó méréseink vannak a Nap rezgéseiről, amelyekből több százezer különálló hang azonosítható. Ez már olyan információ, amelynek a segítségével akár az is megmondható, hogy a Nap túlsó oldalán egy számunkra egyébként nem látható nagyobb napfolt van! A Nap lassú forgása miatt az általunk korábban láthatatlan folt előbb-utóbb befordul, és ezzel ellenőrizhetővé válik a napszeizmológia jóslata.
A napszeizmológia azonban ennél sokkal többre használható. Segítségével ma már tudjuk, hogy a Nap belülről hogyan forog. Nem meglepő, hogy nem pont olyan ütemben, mint a felszín, hiszen a napfoltok mozgásából már korábban is tudtuk, hogy az egyenlítői vidék gyorsabban forog, mint a pólushoz közeli részek. Ma már azt is tudjuk, hogy ez a differenciális rotáció milyen mélyen válik a szilárdtest forgásához hasonló mozgássá. Az átmeneti tartomány nagyon fontos, hiszen a Nap mágneses terének kialakulása szempontjából az nagyon fontos terület: végeredményben kihat a napfolttevékenységre, központi csillagunk aktivitására és ezeken át akár a Föld hosszú távú időjárás-változásaira is.
A cefeidák és az RR Lyrae csillagok monofon zúgása vagy kettős hangzatai, a sárga vagy a vörös óriások zajosan rekedtes hangjai, a nemradiális oszcillációk borzongatóan telt akkordjai és a Nap mélyének hírhozó morajlása akár már teljes zenekart alkothat. De a csillagrezgések sokszínű világában tovább kutatva újabb színeket találhatunk.
Az RR Lyrae csillagok egyszerű, periodikus rezgéseibe pár esetben külön színt visz az, hogy az amplitúdó periodikusan változik. A zenében ezt a folyamatot tremolónak hívják. Érdekes módon néhány csillag esetében, ha a hallási tartományba gyorsítjuk a fényváltozásokat, a fülnek is tetsző hangzást kapunk.
A csillagok hangjai alapján tervezhetünk képzelt hangszereket, de ez az intellektuális kirándulás önmagában még nem igazolná a kutatásukra fordított erőforrásokat. A nap- és asztroszeizmológia egyértelműen mutatja a változócsillagok fő hasznát.
A változócsillagok szerepet játszanak a világegyetem mérésében is. Ebben központi hely jut a cefeidáknak. A hangjuk alapján felismerjük őket, ismeretükben tudjuk tényleges (abszolút) fényességüket, és mért fényük megadja a távolságot is. Ez a módszer tisztán tapasztalati oldalról alakult ki: a közeli csillagok távolságát másképpen meghatározva ismertük azok abszolút fényességét, amely arányosságot mutatott a megfigyelt periódusukkal. Persze ez a távolságmérés is lehet nehéz, ezért a csillaghangok elméletét is meg kellett ismerni ahhoz, hogy pontosabbá váljanak a cefeidák távolságai.
A zenekar előállt, már csak az előadandó zenemű hiányzik. A csillaghangszerek egy része – az egyszerűbb módon oszcillálóak – akár hagyományos zeneművek hangszerelésére is használhatók. A tremolóval rezgők különösen kellemes hangúak lehetnek. Persze az egyes csillagok hangját szubjektív módon kell felgyorsítani.
A XX. század zenéjétől nem idegenek az inharmonikus hangspektrumok. A hatvanas években már számos fantasztikus film zenéjében is előfordultak olyan hangeffektusok, amelyek közelebb állnak a csillagok zümmögéséhez, mint a klasszikus akusztikus hangszerek hangjához. A modern szférák zenéje tehát elképzelhető. Mindenesetre csillaghangokkal komponálni, kozmikus zenekarra hangszerelni igazi kihívás egy képzett zeneszerző számára.
A csillaghangokra írt első zenemű, a Csillagzene No 1. az Európai Csillagászati Társaság 2003 augusztusában Budapesten megrendezett konferenciáján hangzott el. Bízunk benne, hogy ez csak az első zenei alkotás, amely csillaghangszerekre íródott. Reményeink szerint a modellezés tökéletesedésével és a megfigyelési pontosság növekedésével a csillagok hangja által tovább bővül a világegyetemről alkotott tudásunk. Talán újabb hangok is színesíthetik majd a modern szférák zenéjét.
A fenti szöveg a január 31-én elhangzott előadás rövidített változata. Megtekinthető február 5-én (szombaton) 9.40-kor a Duna Televízió és 6-án (vasárnap) 13.10-kor az MTV, valamint 23 órakor az M 2 műsorán. A következő előadást február 7-én 19.30-kor a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Kozma László termében (Budapest XI., Magyar tudósok körútja 2.) Faigel Gyula tartja Mire jó a röntgenvonalzó? – Az atomi szerkezet meghatározása röntgensugárzással címmel. A részvétel ingyenes, az előadások teljes szövegét a hozzászólásokkal és a vitával együtt a www.mindentudas.hu weblapon találják meg az érdeklődők.
origo.hu
Párkányi fürdő: Eredményre jutott a szlovák közegészségügyi hivatal az agyevő amőba által fertőzött fiú ügye kapcsán
