taajuus

Tähtien äänetön laulu

Ma, 03/23/2015 - 20:53 Markus Hotakainen
Kuva: ESO

Otsikosta saattavat tulla mieleen Cordwainer Smithin mystisen surumieliset novellit, mutta kyse on uudesta tieteellisestä löydöstä – joka tehtiin vahingossa.

Tutkijat olivat laboratoriossa tarkastelemassa plasman käyttäytymistä, kun siihen kohdistetaan suuritehoinen laser. Biljoonasosasekunnin sisällä lasersäteen osumasta äkisti kuumenneessa plasmassa alkoi esiintyä nopeaa virtausta tiheämmiltä harvemmille alueille.

Alueiden raja-alueelle muodostui liikenneruuhkan kaltainen kasauma, joka synnytti paineaaltoja – toisin sanoen ääntä. Korvinkuultavaa se ei ollut, sillä äänen taajuus oli liki biljoona hertsiä. Edes lepakot ja delfiinit eivät kykene aistimaan näin korkeita ääniä: plasmaäänen taajuus oli kuusi miljoonaa kertaa korkeampi kuin niiden kuuloalueen yläraja.

Tutkijat eivät pystyneet laitteillaan rekisteröimään varsinaista ääntä, vaan he tarkkailivat plasman liikkeitä hieman ylinopeustutkaa muistuttavalla koejärjestelyllä. Tosin heidän "tutkansa" kykeni havaitsemaan hyvin lyhyitä, tässä tapauksessa alle biljoonasosasekunnin mittaisia aikavälejä ja siten hyvin nopeita muutoksia plasmassa.

Alkuun tutkijoille oli epäselvää, mistä ääniaallot ovat peräisin. Numeerisen mallin avulla saatiin kuitenkin tuloksia, jotka vastasivat varsinaisessa kokeessa tehtyjä havaintoja taajuuden muutoksista. Laboratoriossa oli siten onnistuttu kehittämään uusi tapa tuottaa ääntä nesteen, tässä tapauksessa plasman virtauksen avulla.

Mitä tekemistä tällä odottamattomalla akustisella ilmiöllä on tähtien kanssa? Vihje löytyy sanasta plasma. Tähdet ovat tunnetusti plasmaa, sähköisesti varattua ainetta, jossa atomien ytimet ja elektronit ovat heittäneet toisilleen hyvästit. Tai ainakin sanoneet näkemiin.

Yorkin yliopistossa työskentelevän John Pasleyn mukaan laboratoriossa havaittu ilmiö voi esiintyä myös tähtien pinnalla. Kun syntymässä olevaan tähteen kertyy ainetta, siihen saattaa muodostua samanlaisia tihentymiä kuin laserilla pommitettuun plasmaan. Ja tihentymät voivat puolestaan saada aikaan paineaaltoja eli ääntä.

"Tähdet voivat laulaa, mutta kun ääni ei kulje avaruuden tyhjiössä, kukaan ei kuule sitä", Pasley toteaa.

Tutkimuksesta kerrottiin Yorkin yliopiston uutissivuilla tänään ja se on julkaistu Physical Review Letters -lehdessä (maksullinen) 20. maaliskuuta.

 

Koalan kumea kutsu

Ti, 12/03/2013 - 12:29 Markus Hotakainen

 

Pussieläimiin lukeutuvalla koalalla on melkoinen basso. Lisääntymiskaudella koalaurosten kutsumylvintä on hämmästyttävän matalaa. Keskimäärin äänen taajuus on 27 hertsiä ja se vaihtelee kymmenen ja 61 hertsin välillä. Ihmisen kuuloaistin alaraja on noin kahdenkymmenen hertsin tienoilla. Koala kykenee päästelemään ääniä, joiden taajuus on noin 20 kertaa alhaisempi kuin alle kymmenkiloiselta eläimeltä voisi odottaa. Yleensä näin mataliin taajuuksiin pääsevät vain norsun kokoiset eläimet.

Koalan ääntelyä on selvittänyt Benjamin Charltonin johtama kansainvälinen ryhmä, jossa on tutkijoita Isosta-Britanniasta, Saksasta, Itävallasta ja luonnollisesti Australiasta, koalan kotimaasta. Koalaurosten äänihuulten tutkimus ei ollut paljastanut syytä sen kumeaan kykyyn. Teoreettisesti niillä ei pysty tuottamaan alle 50 hertsin taajuisia ääniä, ja empiiristen mallien mukaan 400 hertsin allekin olisi vaikea päästä.

 

 

Tarkemmissa tutkimuksessa koalan kurkusta löytyi kitapurjeessa olevasta aukosta isompi äänihuulia vastaava elin. Soikea aukko yhdistää suu- ja nenäontelot, ja kun koala vetää nenän kautta ilmaa keuhkoihin, se saa tällä aiemmin tuntemattomalla elimellä aikaan matalia ääniä. Kumeaa ääntelyä on havaittu toisinaan myös koalanaarailla, mutta toistaiseksi ei tiedetä, onko niillä samanlaiset lisä-äänihuulet kuin uroksilla.

Koalan äänihuulet ovat pituudeltaan 10 millimetrin luokkaa, mutta nyt löytyneen elimen vastaavan rakenteen pituus on lepotilassa noin 33 millimetriä. Teoreettisesti silloin on mahdollista tuottaa ääniä, joiden taajuus on 15 hertsiä. Jännittyneenä pituus on hieman yli 50 millimetriä, jolloin taajuuden teoreettinen alaraja on 9,8 hertsiä eli sama kuin havaitun taajuusvaihtelun alaraja. Alhaiseen taajuuteen vaikuttaa myös se, että aiemmin tuntemattomien ”äänihuulten” massa on liki 700-kertainen verrattuna koalan varsinaisiin äänihuuliin.

 

 

Aiemmin maalla asustavilta nisäkkäiltä ei ole löydetty tällaisia ”ylimääräisiä” äänielimiä; muilla mataliin taajuuksiin pääsevillä eläimillä on rakenteeltaan erikoinen kurkunpää tai äänihuulet. Hammasvalailla, joihin lukeutuvat esimerkiksi delfiinit, tiedetään olevan nenäontelossaan elin, jolla ne saavat aikaan kaikuluotaukseen käyttämänsä naksutuksen. Nyt kun uusi äänielin on löydetty koalalta, tutkijat pohtivat, voisiko sellaisia olla muillakin maanisäkkäillä.

Tutkimus julkaistiin Current Biology -verkkolehdessä 2. joulukuuta.

Kuvat: Erik Veland, Benjamin Charlton