世界航天日｜第一次，听见银河系

九天之际，安放安属？

隅隈多有，谁知其数？ 天何所沓？十二焉分？ 日月安属？列星安陈？

——节选自屈原《天问》 抬头远望，星辰布满天空，跨越千万光年距离的无数明灭，是时间在二维幕布的凝固，那道最远的闪烁，是千万年前的宇宙正抵达你的眼睛。

仅仅四百年前，人类还以为自己是宇宙的中心，但现在，我们知道，人类可能只是居于一粒尘埃，在无限的浩瀚中漂浮。

若把人类的无止境探索宇宙的决心描述为一个故事，这个故事可以延续到两千年前，屈原发出中国历史上第一次对万事万物本末的疑问，惊天动地，他在秋风中向九天求索：一片混沌中，何处是宇宙的原点？

对宇宙的英雄般的探索，亦是关于我们的故事。抵抗寒冷、黑暗和距离，凭借坚毅、信念和勇气，通过观测、试验和猜想，在这场奔向宇宙深处的奥德赛，我们不仅寻找宇宙的答案，也在追寻人类存在的意义。

可观测的宇宙中的一切，只不过是无限宇宙海洋中的小泡沫。宇宙诞生于138亿年前，这时间仍不够让它的光线抵达我们这里；闪耀在宇宙中的光芒，人眼也只能看到很小一部分。

但是科学让我们看到了人眼看不到的。用红外传感器扫过，那些创世之初仍在扩散的尘埃，吸引一切的黑洞，在永夜里流浪的星球，不断坍缩、点燃、爆炸的垂死行星……现在，我们甚至可以听到宇宙。

我们看到的很多宇宙图景并不是真正的照片，而是天文学家将太空望远镜捕获的电子数据（ 1 和 0 的形式）转换后的视觉表达。

天文学家将不同元素或不同类型的光（如可见光、紫外线和红外线）合成为图像，并赋予不同的颜色，将人类视线之外的宇宙可视化。

依上述原理，NASA与可视化科学家、天体物理学家和音乐家合作，将从各地天文台和仪器中获取的实际观测数据，赋予不同的元素和信号，再以不同的"乐器"声音表达，最终将其转化为人耳可以听到的相应频率。

将不可知、不可见、不可闻，变成可知、可见、可闻。面对未知，心向辽阔，探索不熄。

这是一座真正的太空歌剧院，请接受源码的邀请，一起沉浸式享受这场响彻银河系及更遥远宇宙的太空交响曲。

银河中心

交响曲的第一篇章，从探索我们自己的银河系中心开始！声像化的处理从图像的左侧开始，向右移动。声音代表了光源的位置和亮度，位于图像顶部的物体光线以更高的音调呈现，而光线的强度对应音量大小。

恒星和致密源被转换成单独的音符，弥漫的气体和尘埃云则产生一种持续轰鸣的低音。当我们到达图像右下方的明亮区域时，高潮来临。这就是银河系中心超大质量（四百万太阳质量）黑洞的所在地，被称为人马座A* (Sgr A*)。

上图将钱德拉X射线天文台、哈勃空间望远镜和斯皮策太空望远镜的"独奏"组合在一起，成就银河系横跨约400光年的开篇乐章。 超新星残骸仙后座A

第二乐章是一个名为仙后座A（Cassiopeia A，简称Cas A）的超新星遗迹。

声音映射到从爆炸恒星残骸中找到的四种元素以及其他高能数据。由于仙后座A的形状，这次我们是"从中间往四边听"：从遗迹中心--中子星的位置开始，沿着四个不同方向向外移动，分布着硅（红色）、硫（黄色）、钙（绿色）和铁（紫色）。同样，强度控制着音量。 创世之柱星云

在"创世柱星云"乐章中，与银河中心一样，我们从左往右听，位于图像顶部的物体光线以更高的音调呈现，而光线的强度对应音量大小。但是这次它们不再是离散的音符，而是在连续的音域范围内变化。特别有趣的一点是，从低音到高音再回到低音的过程中，我们可以"听到"支柱的结构。 蟹状星云

1054年，蟹状星云首次出现在地球的上空。现代望远镜捕捉到它的动力引擎——一颗快速旋转的中子星，它是在一颗巨大恒星坍塌时形成的。快速旋转和强磁场的结合产生了物质和反物质的射流，从它的两极流走，并从赤道向外蜿蜒。

为了将这些数据转化为声音，声像化科学家将每个波长的光与不同的乐器配对。钱德拉的X射线（蓝色和白色）是铜管乐器，哈勃的光学光数据（紫色）是弦乐器，斯皮策的红外数据（粉红色）可以在木管乐器中听到。这一乐章中，位于图像顶部的光音调更高，更亮的光对应着更高的音量。 英仙座星团

第五乐章与真实声音有关。

黑洞发出的压力波在英仙座星团的热气体中产生了涟漪，这些涟漪可以转化为真实的声音，但这种声音比中央C音低57个八度，对人类来说是无法听到的。

宇宙中没有声音，因为大部分宇宙空间本质上是真空的。但是英仙座星系团拥有大量的气体，包围着其中的数百甚至数千个星系，为声波的传播提供了介质。

在本场交响乐中，天文学家们之前从英仙座识别出的声波被提取出来，首次变得可以听见。

声波从中心向外提取，然后通过将信号向上放大57和58个八度音阶，声音信号被重新合成到人类听觉范围内。它们比原来的频率高144千亿倍和288千亿倍。（一千亿是1,000,000,000,000,000。） 人马座 A*

第六乐章来自银河系中心超大质量黑洞人马座 A* (Sgr A*) 。使用类似雷达的扫描，从12点钟位置开始，顺时针扫过。音量的变化代表了事件视界望远镜EHT在Sgr A*事件视界（event horizon）周围观察到的亮度差异。越靠近黑洞并移动得越快的物质，频率越高。

听众在这一乐章，将听到3D环绕立体声。 南环星云

NASA的韦伯望远镜揭示了南方环状星云的两个视角——近红外光（左侧）和中红外光（右侧）。

这个场景是由一颗白矮星创造的——当一颗类似我们太阳的恒星在剥离外层并停止通过核聚变燃烧燃料之后，留下的残骸。在成千上万年的时间里，在成为白矮星之前，恒星周期性地喷射出质量——可见的物质壳层。就像在重复播放一样，它不断坍缩、升温、然后爆炸。

这个行星状星云中心有两颗星互相围绕。右侧中红外图像中较小、较暗的红色恒星正处于它的生命结束阶段——它已经喷出气体和尘埃的层层叠叠数千年。它的伴星，图像中更明亮、更大的恒星，搅动了这些喷射物。现在，听众可以在每张图像中清楚地听到恒星和周围的物质壳。

在南环星云章节，光的频率直接转换为声音的频率，不同的颜色映射到不同的音高。开始时的近红外光由较高频率音调表示。在中途，中红外光及波长较长的光由低音表示。

在15秒和44秒处仔细聆听，在那里出现了恒星。在开始的近红外图像中，只有一颗恒星的声音清晰可闻，发出较响的声音。在音轨的后半部分，您将听到一个低音符，紧接着是一个更高的音符，这表示在中红外光中检测到了两颗恒星。较低的音符代表了创造这个星云的较红的恒星，第二个音符是更明亮、更大的恒星。 船底座星云——"宇宙悬崖"

船底座星云是银河系内的恒星诞生地，其下半部尘埃和上半部气体形成的明显分界线，被天文学家称为"宇宙悬崖"。

图像中的光线越亮声音越大，位置越高声音频率越高。靠近图像顶部的明亮光线听起来响亮而高亢，但靠近图像中间的明亮光线听起来又响亮且音调较低。较暗、被尘埃遮蔽的区域在图像中较低的位置，由较低的频率和清晰的音符表示。

也许你能找出代表星云"山脉"的漫游旋律线，它从左到右穿过画面中心，随着图像中的起伏而上升和下降。这条在气体和尘埃的密集和稀薄区域之间锯齿状的线是音频化旋律的弧线。所有星星都由一组音高和经过处理的钢琴音符表示，但最亮的星星和较长的衍射刺状物还伴随着钹的撞击和叮当声。 M51——旋涡星系

梅西耶51 (M51) 也许更以其绰号"漩涡星系"而闻名，它紧密缠绕的旋臂面向地球，让其瑰丽的形状被人类更直观地捕捉。它类似于我们身处的银河系，而我们无法从银河系内部直接观察到这种结构。

在乐章的终篇，声波的处理从顶部开始，以顺时针方向沿径向移动，星系的半径大小映射到旋律小调音阶的不同音符。

图像中从太空中的NASA望远镜获取的每种波长的光（红外、光学、紫外和X射线）被分配到不同的频率范围。该序列首先以所有四种类型的光的声音开始，然后分别穿过来自Spitzer、哈勃、GALEX和钱德拉的数据。在旋臂突出的波长处，随着旋臂远离核心，音高逐渐上升。

您可以听到一个持续的低吟，那是星系中心的明亮核心，不时被银河系内紧凑光源发出的短促声音打断。 关于声像化项目

这个项目是什么？ 2020年，钱德拉X射线中心（Chandra X-ray Center）的专家和System Sounds团队开始了NASA首个持续的、将天文数据转换为声音的"声像化"（sonification）项目。这个项目是对冠状病毒大流行的快速回应，当时病毒破坏了我们与视力障碍社群合作的3D建模/打印项目。在物理隔离的时期，声像化作为一种纯数字方式，成为我们与社群合作伙伴共同努力的另一种方式。 谁参与其中？ 钱德拉X射线中心的项目负责人是金博士（Dr. Kimberly Arcand），Chandra可视化科学家；System Sounds的负责人是鲁索博士（Dr. Matt Russo，天体物理学家/音乐家）和桑塔圭达先生（Andrew Santaguida，音乐家/音响工程师）。无障碍专家、播客制作人和视力障碍社群成员克里斯廷·马勒克（Christine Malec）也加入了这个项目。 如何制作声像化？ 我们从美国宇航局钱德拉X射线天文台、哈勃空间望远镜或詹姆斯·韦伯空间望远镜等望远镜获得实际观测数据，将其转换为人耳可以听到的相应频率。 所有的声像化都是一样的吗？ 不，每个声像化都不同，因为我们根据对象和可用数据采用不同的技术。每个声像化都是为了最好地呈现科学数据，以便能够以最有意义的方式准确地表示和讲述数据的故事，同时还能通过声音提供一种新的意义创造方式。 项目的成果如何？项目成功了吗？ 成功可以用多种方式衡量，但从不同受众（从学生到成年人，尤其是视力障碍者）对声像化的测试来看，反响非常积极。Arcand博士对盲人和有视力的用户进行了声像化研究，结果显示学习收益、享受程度、想要了解或学习更多以及对数据的强烈情感反应都很高。统计上，视力障碍用户的参与度略高于有视力用户，而有视力用户也了解到其他人（如视力障碍用户）如何更普遍地获取数据。总的来说，这个项目在提高观众的参与度、增进科学知识和扩大包容性方面取得了显著的成功。声像化不仅为视力障碍人士提供了一种理解和体验天文数据的新途径，同时还为有视力的人们带来了全新的科学传播方式。因此，可以说这个项目是成功的。 （本文素材来自https://chandra.si.edu/sound/，更多信息可登录官网了解~）