Domanda:
Qual è la velocità del suono nello spazio?
Josh Glover
2015-01-29 14:53:06 UTC
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Dato che lo spazio non è un vuoto perfetto, qual è la velocità del suono in esso? Google non è stata di grande aiuto a questo proposito, poiché l'unica risposta che ho trovato è stata $ 300 \, {\ rm km} \, {\ rm s} ^ {- 1} $, da Astronomy Cafe, che non è una fonte che vorrei citare.

La domanda è se il "suono" possa essere definito anche nello spazio (o in un ambiente a bassissima pressione).
Correlati: http://physics.stackexchange.com/questions/48574/how-can-a-black-hole-produce-sound/48575#48575
@LoveLearning La risposta a questa domanda è "Lo chiameremo" suono "se può essere trasmesso in modo coerente in quell'ambiente" e la condizione per questo è "lunghezza d'onda molto più lunga del percorso senza media".Quindi, possono esistere suoni di frequenza sufficientemente bassa.
Considerando che il vento solare può essere supersonico, esiste certamente qualcosa nello spazio che è considerato suono in alcuni campi.
correlato: http://en.wikipedia.org/wiki/Bow_shock
@BrandonEnright è semplicemente sbagliato ...
"Nello spazio nessuno può sentirti urlare".
@GavinCoates, è vero, ma secondo la risposta di Kieran, con l'attrezzatura giusta, potrebbero essere in grado di rilevare il tuo urlo.;)
@JoshGlover - La risposta di Keiran è sbagliata.Ti incoraggio vivamente a ritirare la tua accettazione di questa risposta.Pensa invece di accettare la risposta di Pela o Kyle.
Per quanto riguarda l'ascolto di un urlo nello spazio, non è possibile.La massima frequenza sonora possibile in un mezzo gassoso ha una lunghezza d'onda approssimativamente uguale al percorso libero medio.Nello spazio interplanetario vicino alla Terra, il percorso libero medio è di circa un'unità astronomica e la velocità del suono è nell'ordine da 10 a 100 km / s.Ciò corrisponde a una frequenza di circa un ciclo al mese.Sono molte, molte ottave al di sotto della frequenza di un urlo.
@DavidHammen: dipende da chi / cosa sta urlando.: -O
@David Hammen Grazie per aver chiarito questo aspetto.Quando le persone parlano di "suono nello spazio" pensano automaticamente a qualcosa che possono sentire.Chiarimento molto interessante.
@DavidHammen Ohh!Questo è assolutamente affascinante.
Sette risposte:
#1
+67
pela
2015-01-29 18:59:02 UTC
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A grande richiesta (considerando che due sono popolari - grazie @Rod Vance e @Love Learning), espanderò un po 'il mio commento alla risposta di @Kieran Hunt:

Equilibrio termico

Come ho detto nel commento, la nozione di suono nello spazio gioca un ruolo molto significativo nella cosmologia: quando l'Universo era molto giovane, la materia oscura, la materia normale ("barionica") e la luce (fotoni) erano in equilibrio termico, cioè condividevano la stessa energia (media) per particella, o temperatura. Questa temperatura era così alta che non si potevano formare atomi neutri; qualsiasi elettrone catturato da un protone verrebbe presto eliminato da un fotone (o da un'altra particella). I fotoni stessi non potevano viaggiare molto lontano, prima di colpire un elettrone libero.

Velocità del suono nella zuppa primordiale

Tutto era molto fluido, nessuna galassia o qualcosa del genere si era formata . La roba era ancora leggermente grumosa, tuttavia, e le dimensioni dei ciuffi aumentavano a causa della gravità. Ma man mano che un ammasso cresce, la pressione dei barioni e dei fotoni aumenta, contrastando il collasso e spingendo barioni e fotoni verso l'esterno, mentre la materia oscura tende a rimanere al centro dell'iperdensità, poiché non si cura della pressione. Questo crea oscillazioni, o onde sonore con lunghezze d'onda tremendamente lunghe.

Per un gas fotonico, la velocità del suono è $$ \ begin {array} {rcl} c_ \ mathrm {s} & = & \ sqrt {p / \ rho} \\ & = & \ sqrt {c ^ 2/3} \\ & \ simeq & 0.58c, \ end {array} $$ dove $ c $ è la velocità della luce e $ p $ e $ \ rho $ sono la pressione e la densità del gas. In altre parole, la velocità del suono in quel momento era più della metà della velocità della luce (per le alte temperature c'è una piccola correzione a questa di $ 10 ^ {- 5} $ ; Partovi 1994).

In un mezzo non relativistico, la velocità del suono è $ c_ \ mathrm {s} = \ sqrt {\ partial p / \ partial \ rho} $ , che per un gas ideale si riduce alla formula data da @Kieran Hunt. Sebbene nello spazio esterno sia $ p $ e $ \ rho $ siano estremamente piccoli, $ sono $ particelle e quindi ha senso parlare di velocità del suono nello spazio. A seconda dell'ambiente, in genere valuta molti chilometri al secondo (cioè molto più alto che sulla Terra, ma molto, molto più piccolo che nell'Universo primordiale).

Ricombinazione e disaccoppiamento

Man mano che l'Universo si espandeva, si è gradualmente raffreddato. A un'età di circa 200.000 anni aveva raggiunto una temperatura di ~ 4000 K, e protoni ed elettroni iniziarono a combinarsi per formare atomi neutri senza essere nuovamente ionizzati immediatamente. Questa è chiamata "Epoch of Recombination", sebbene non fossero stati precedentemente combinati.

A ~ 380.000 anni, quando la temperatura era ~ 3000 K, la maggior parte dell'Universo era neutro. Con la scomparsa degli elettroni liberi, i fotoni potrebbero ora fluire liberamente, diffondendosi e alleviando l'eccessiva densità della sua pressione. Si dice che i fotoni si disaccoppino dai barioni.

Fondo cosmico a microonde

La radiazione che si è disaccoppiata da allora si è spostata verso il rosso a causa dell'espansione dell'Universo, e poiché l'Universo si è ora espanso ~ 1100 volte, vediamo la luce (chiamata fondo cosmico a microonde, o CMB) non con una temperatura di 3000 K (che era la temperatura dell'Universo al momento del disaccoppiamento), ma una temperatura di (3000 K) / 1100 = 2,73 K, che è la temperatura a cui si riferisce @Kieran Hunt nella sua risposta.

Oscillazioni acustiche barioniche

Queste sovradensità, o oscillazioni acustiche barione (BAO), esistono su scale molto più grandi delle galassie, ma le galassie tendono a raggrupparsi su queste scale, che da allora si sono espanse e ora hanno una scala caratteristica di ~ 100 $ h ^ {- 1} $ Mpc o 465 milioni di anni luce. Misurare come la distanza inter-ammassamento cambia nel tempo fornisce un modo per comprendere la storia dell'espansione e dell'accelerazione dell'Universo, indipendentemente da altri metodi come le supernove e la CMB. E, magnificamente, i metodi sono tutti d'accordo.

leggermente fuori tema, ma sento che devo seguire un corso di fisica delle astroparticelle :)
Non siamo tutti ... :) Intendi per capire la risposta, o solo in generale?
#2
+45
Kieran Hunt
2015-01-29 15:17:06 UTC
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Dalla legge sui gas ideali, sappiamo: $$ v_ \ textrm {sound} = \ sqrt {\ frac {\ gamma k_ \ textrm { B} T} {m}} $$ Supponendo che lo spazio interstellare sia riscaldato in modo uniforme dalla CMB, avrà una temperatura di $ 2,73 \ \ mathrm {K} $ . Sappiamo che la maggior parte di questo mezzo comprende protoni e atomi di idrogeno neutri a una densità di circa 1 atomo / cm −3 . Ciò significa che $ \ gamma = 5/3 $ e $ m = 1.66 \ times 10 ^ {- 27} \ \ mathrm {kg} $ , fornendo un valore per $ v_ \ textrm {sound} $ di $ 192 \ \ mathrm {m \ s ^ {- 1}} $ .

Tuttavia, questo non viene propagato in modo efficiente nel vuoto. Nell'estremo vuoto dello spazio esterno, il percorso libero medio è di milioni di chilometri, quindi qualsiasi particella abbastanza fortunata * da essere in contatto con l'oggetto che produce il suono dovrebbe viaggiare luce- secondi prima di poter impartire quell'informazione in una collisione secondaria.

* Che per la densità data, sarebbe solo di circa 50 atomi di idrogeno se battessi le mani - potenza sonora molto bassa!

-Edit- Come è stato giustamente sottolineato nei commenti, il mezzo interstellare non è così freddo. Al momento, il nostro sistema solare si sta muovendo attraverso una nuvola di gas a circa 6000 K. A questa temperatura, la velocità del suono sarebbe di circa $ 9000 \ \ mathrm {m \ s ^ {- 1}} $ .

Vedi Kyle's risposta per una tabella di valori per $ v_ \ textrm {sound} $ che può essere trovata in diversi ambienti nello spazio, o per informazioni su come sono diventate le prime onde sonore dell'universo responsabile della moderna struttura su larga scala.

Argh, mi hai battuto per secondi.Bene, lasciatemi aggiungere che il suono nello spazio gioca un ruolo molto significativo nella cosmologia: appena prima della ricombinazione, 380.000 anni dopo il Big Bang, la velocità del suono era circa la metà della velocità della luce.Quando luce e materia si sono disaccoppiate, le onde sonore sono rimaste "congelate" nello spazio, il che significa che le galassie tendono a formarsi in gruppi separati da questa lunghezza d'onda.La distanza tra questi gruppi si espande con l'espansione generale dell'Universo (e ora è di circa 465 milioni di anni luce) e fornisce una misura standard della lunghezza.
@pela wow è davvero fantastico
-1.Questa non è una buona risposta.Niente nello spazio è così freddo.Il mezzo interplanetario si trova nelle decine di migliaia di kelvin.Il mezzo interstellare varia da dieci di kelvin nelle nubi molecolari a decine di milioni di kelvin.Il mezzo intergalattico è estremamente caldo, di nuovo nell'ordine delle decine di milioni di kelvin.La temperatura e la composizione molto variabili (idrogeno molecolare vs plasma ionizzato) fanno sì che la velocità del suono nello spazio varia considerevolmente.
L'ho aggiornato per l'ISM attraverso il quale il sistema solare sta attualmente attraversando - il mio male però, non avevo davvero pensato ai processi che lo generano, solo che * era lì * e in equilibrio con il CMB.
@pela Penso che ci siano alcune cose lì che varrebbe la pena espandere e aggiungere la tua risposta a quella di Kieran, soprattutto considerando il tuo background.
@pela posta una risposta per favore :)
Suppongo che 6000K sia la temperatura MEDIA, altrimenti saremmo in ebollizione ...
@algiogia: No. La temperatura non è ciò che conta, il * calore * lo è.Una nuvola di gas sparsa ha un'energia termica totale trascurabile anche se le singole molecole sono piuttosto energetiche.
@DavidHammen O hai completamente ragione (senza ma) e quindi non vedo perché la Terra non si è sciolta.Oppure c'è un ma, come "ma c'è una perdita chimica di energia termica" o "ma c'è una perdita di energia termica per irraggiamento" o qualsiasi altra cosa.
@JohannesD Ebbene, la Terra è qui per 5 miliardi di anni, abbastanza tempo per riscaldarsi anche dal vuoto, se tutto intorno a te è a 6kK.
@yo' Ha ragione.Puoi vederlo molto semplicemente in questo modo: cosa succede se lasci cadere una palla di metallo rovente nel mare?Il mare non bolle.Per tornare alla realtà, la palla è spazio: molto calda, ma con massa molto ridotta (pochissimi atomi intorno).La Terra quindi è il mare: bassa temperatura, ma enorme.Quindi la Terra non bolle.
@yo' - Il "ma" è molto semplice.Il mezzo potrebbe essere molto caldo, MA poiché è così molto, molto tenue, non c'è quasi nessun trasferimento di calore da esso a un oggetto macroscopico.Per un oggetto macroscopico nello spazio, il trasferimento di calore radiativo (calore dal sole, raffreddamento verso lo spazio vuoto) domina completamente sul trasferimento di calore dal mezzo caldo ma quasi inesistente.
@DavidHammen Ah ok, ha un senso.L'intuizione dietro la temperatura dello spazio mi sta del tutto fallendo :)
@Svalorzen OTOH, la palla si raffredda al tocco, quindi non (non) vedo perché lo spazio dovrebbe essere così caldo.
@yo' Quelle molecole che colpiscono la terra (o qualsiasi altra cosa) * si * raffreddano "al tatto".Tuttavia, la metafora si scompone lì: il mare trasferisce il calore in modo efficiente, mentre l'universo non è denso e quindi non trasferisce il calore in modo efficiente.
@Joe sì, lo so.ma lo spazio no (probabilmente perché la temperatura media delle superfici nello spazio è 6kK?)
Lo spazio non trasferisce il calore in modo efficiente perché il trasferimento di calore (di gas / plasma) è correlato alla densità del mezzo.Perché il calore trasferisca gli atomi devono interagire.Quando hai un atomo per volume CC, ciò non accade particolarmente spesso.
Ho sempre scoperto che la temperatura perde la sua utilità quando si tratta di plasma quasi vuoto o super reattivo come il plasma di quark e gluoni.Penso solo a molto in termini di pressione esercitata da un gas o spettro di frequenze che un solido emette come temperatura immagino.
@yo' Penso che dovresti smettere di considerare lo spazio come un intero oggetto / "cosa".Prova invece a considerarlo come uno spazio letterale contenente "cose" (atomi) incredibilmente rare, incredibilmente piccole e incredibilmente calde.
La risposta dovrebbe aggiungere che c'è una frequenza di taglio nello spazio.La velocità del suono è zero per la maggior parte delle frequenze.
#3
+39
Kyle Oman
2015-01-30 00:38:08 UTC
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Voglio solo far notare che la maggior parte delle risposte sembra prendere "spazio" per essere un bel mezzo uniforme. Tuttavia, anche all'interno della nostra galassia, le condizioni variano notevolmente. Ecco gli ambienti più comuni nella Via Lattea:

  • Molecular Clouds, $ \ rho \ sim 10 ^ 4 \, {\ rm atom} / {\ rm cm} ^ 3 $, $ T \ sim 10 \, {\ rm K} $
  • Mezzo neutro al freddo, $ \ rho \ sim 20 \, {\ rm atom} / {\ rm cm} ^ 3 $, $ T \ sim 100 \, {\ rm K} $
  • Medio neutro caldo, $ \ rho \ sim 0,5 \, {\ rm atom} / {\ rm cm} ^ 3 $, $ T \ sim 10 ^ 4 \, {\ rm K} $
  • Mezzo ionizzato caldo, $ \ rho \ sim 0,5 \, {\ rm atom} / {\ rm cm} ^ 3 $, $ T \ sim 8000 \, {\ rm K} $
  • Regione HII, $ \ rho \ sim 1000 \, {\ rm atom} / {\ rm cm} ^ 3 $, $ T \ sim 8000 \, {\ rm K} $
  • Mezzo ionizzato caldo, $ \ rho \ sim 10 ^ {- 3} \, {\ rm atom} / {\ rm cm} ^ 3 $, $ T \ sim \; {>} 10 ^ 6 \, {\ rm K} $

La velocità del suono è proporzionale a $ \ sqrt {T} $. Dato che la temperatura varia su circa 7 ordini di grandezza (massimo a circa $ 10 ^ 7 \, {\ rm K} $, minimo a circa $ 3 \, {\ rm K} $), la velocità del suono varia di almeno un fattore di $ 1000 $. La velocità del suono in una regione calda è dell'ordine di $ 10 \, {\ rm km} / {\ rm s} $.

Curiosità: la velocità del suono gioca un ruolo cruciale in molti processi astrofisici. Questa velocità definisce il tempo impiegato da un'onda di pressione per propagarsi per una determinata distanza. Un luogo in cui questa è una scala temporale chiave è il collasso gravitazionale. Se il tempo di attraversamento del suono per una nuvola di gas supera il tempo di caduta libera gravitazionale (tempo di propagazione di un disturbo causato dalla gravità), la pressione non è in grado di resistere al collasso gravitazionale e la nuvola è diretta verso la creazione di un oggetto più compatto (nuvola più densa , o se le condizioni sono giuste, una stella).

Ancora curiosità: lo spazio è un portatore molto povero (non portante) di suoni ad alta frequenza perché l'onda di pressione a più alta frequenza che può essere trasmessa ha una lunghezza d'onda di circa il percorso libero medio (MFP) delle particelle di gas. L'MFP nello spazio è grande, quindi il limite di frequenza è basso .

+1.Questa è la risposta a questa domanda.Il [mezzo intracluster caldo] (http://en.wikipedia.org/wiki/Intracluster_medium) può essere anche più caldo degli elementi sulla tua lista, fino a $ 10 ^ 8 $ kelvin.Una nube molecolare ad alta metallicità non è ionizzata e può contenere alcuni composti abbastanza massicci.Puoi facilmente aggiungere un altro ordine di grandezza a quel fattore di 1000.
Anche se il suono viaggia più velocemente nello spazio che in un'atmosfera terrestre, il vuoto dello spazio non è generalmente considerato come portatore del suono.È perché le onde di pressione nello spazio si rifletteranno principalmente quando colpiscono oggetti solidi, o perché si convertiranno in calore quando colpiscono oggetti solidi, o perché si convertono in calore durante il trasporto?
@supercat Quali oggetti solidi?Lo spazio è molto vuoto, in media!Lo spazio è un portatore molto povero (non portatore) di suoni ad alta frequenza perché l'onda di pressione a più alta frequenza che può essere trasmessa ha una lunghezza d'onda pari a ~ il percorso libero medio delle particelle di gas.L'MFP nello spazio è grande, quindi il limite di frequenza è BASSO.
Mi riferivo all'idea che è improbabile che qualcuno in un veicolo spaziale senta molto rumore dall'esterno.Quello che stai dicendo è che, anche se la velocità del suono è più alta, non è neanche lontanamente abbastanza alta da rendere significativa qualsiasi frequenza audio data l'ampia spaziatura delle particelle coinvolte?
@supercat stai confondendo due cose qui.La velocità dei suoni è una cosa.Le frequenze che possono essere trasportate da un fluido è un'altra.Le frequenze che possono essere trasportate dall'ISM sono molto inferiori al limite inferiore dell'udito umano.Ciò non significa che i suoni non siano significativi o che non esistano.Hanno solo basse frequenze.
@supercat è dovuto alla bassa impedenza acustica dello spazio - non è tanto il fatto che lo spazio sia cattivo nel trasportare il suono, ma che è difficile * trasferire * il suono da un oggetto nello spazio e viceversa.Con una densità così bassa, la quantità di energia che il mezzo interstellare può assorbire da un oggetto vibrante o impartire a un altro oggetto è molto bassa.Semplicemente non ci sono gli atomi per questo, anche se la temperatura (e quindi la velocità del suono) è abbastanza alta.
Una forcella perfettamente elastica nello spazio continuerebbe a vibrare molto più a lungo di una nell'atmosfera, perché l'ambiente circostante porterebbe via la sua energia molto più lentamente.Ma è quel trasporto di energia che costituisce la trasmissione del suono.
+1, bellissima risposta.Quello che non capisco: il mezzo caldo neutro è più caldo del mezzo ionizzato caldo?
@hobbs: Come mi ha ricordato Kyle, il concetto di "impedenza" in un mezzo di trasmissione del suono è significativo solo a frequenze che sono basse rispetto alla frequenza delle interazioni delle particelle.Affinché un diapason che vibra a 440Hz trasmette qualsiasi informazione significativa sulla sua frequenza, deve essere colpito da molto più di 440 particelle al secondo [un campionamento regolare a 880 sarebbe sufficiente;Non sono sicuro di come descrivere le informazioni trasmesse da campioni casuali].
@PeterHorvath non può dire che gli astronomi siano particolarmente bravi in terminologia: /
@Kyle Dovresti incorporare i tuoi commenti nella tua risposta.
#4
+13
honeste_vivere
2015-04-29 17:58:08 UTC
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So che tecnicamente questa domanda ha già una risposta, ma mancavano molte cose nelle risposte che pensavo dovessero essere menzionate (sto scrivendo un documento di revisione che confronta diverse regioni dello spazio, quindi avevo già questi numeri a portata di mano) .

La velocità del suono nello spazio ha molteplici significati perché lo spazio non è un vuoto (sebbene la densità numerica della magnetosfera terrestre possa essere ~ 6-12 ordini di grandezza più tenue di i migliori aspirapolvere prodotti nei laboratori), è pieno di particelle ionizzate, polvere neutra e carica.

Nel mezzo interplanetario o IPM, ci sono cinque velocità rilevanti che possono essere tutte considerate un tipo di suono in un certo senso, perché ciascuna è correlata alla velocità di trasferimento delle informazioni nel mezzo.

Idea classica di velocità del suono

Quando si discute della velocità del suono, generalmente si fa riferimento alla forma comune di $ C_ {s} ^ {2} = \ partial P / \ partial \ rho $, dove $ P $ è la pre termica ssure e $ \ rho $ è la densità di massa. In un plasma, questo assume la forma leggermente modificata di: $$ C_ {s} ^ {2} = \ frac {k_ {B} \ left (Z_ {i} \ \ gamma_ {e} \ T_ {e} + \ gamma_ {i} \ T_ {i} \ right)} {m_ {i} + m_ {e}} $$ dove $ k_ {B} $ è costante di Boltzmann, $ Z_ {s} $ è lo stato di carica della specie $ s $, $ \ gamma_ {s} $ è l ' indice adiabatico o politropo della specie $ s $, $ m_ {i} $ è la massa della specie $ s $ e $ T_ {s} $ è la temperatura media della specie $ s $. In un plasma tenue, come quello trovato nell'IPM, si presume spesso che $ \ gamma_ {e} $ = 1 (cioè isotermico) e $ \ gamma_ {e} $ = 2 o 3, o che $ \ gamma_ { e} $ = 1 e $ T_ {e} \ gg T_ {i} $. La forma di cui sopra della velocità del suono è nota come velocità del suono ione-acustico perché è la velocità di fase alla quale si propagano le onde ionico-acustiche lineari. Pertanto, $ C_ {s} $ è un tipo legittimo di velocità del suono nello spazio.

Nell'IPM, $ C_ {s} $ ~ 13 - 240 km / s [ad esempio, Refs. 12; 33; 34 ].

Velocità dei campi magnetici

Il titolo criptico sfugge a quella che è nota come velocità di Alfvén, definita come: $$ V_ {A} = \ frac { B_ {o}} {\ sqrt {\ mu_ {o} \ \ rho}} $$ dove $ B_ {o} $ è l'ampiezza del campo magnetico ambientale quasi statico, $ \ mu_ {o} $ è il permeabilità dello spazio libero e $ \ rho $ è la densità di massa del plasma (che è più o meno equivalente alla densità di massa ionica a meno che non si tratti di una coppia di plasma). Questa velocità è tipicamente associata alle onde di Alfvén trasversali, ma la velocità è rilevante per il trasferimento di informazioni nei plasmi, ecco perché l'ho inclusa qui.

Nell'IPM, $ V_ {A } $ ~ 4 - 220 km / s [ad es. Refs. 10; 12; 33; 34 ].

Velocità delle onde sonore magnetizzate

In un fluido magnetizzato come un plasma, ci sono fluttuazioni che sono di compressione per cui si comprimono il campo magnetico in fase con la densità. Questi sono noti come magnetosonic o onde in modalità veloce. La definizione completa MHD della velocità di fase per un'onda in modalità veloce è data da: $$ 2 \ V_ {f} ^ {2} = \ left (C_ {s} ^ {2} + V_ { A} ^ {2} \ right) + \ sqrt {\ left (C_ {s} ^ {2} + V_ {A} ^ {2} \ right) ^ {2} + 4 \ C_ {s} ^ {2 } \ V_ {A} ^ {2} \ \ sin ^ {2} {\ theta}} $$ dove $ \ theta $ è l'angolo di propagazione rispetto a $ \ mathbf {B} _ {o} $. $ V_ {f} $ è la velocità rilevante per le onde d'urto nei plasmi debolmente collisionali e privi di collisione. È anche un tipo di velocità del suono, da cui il nome magnetosonic.

Nell'IPM, $ V_ {f} $ ~ 17-300 km / s [ad esempio, Refs. 10; 12; 33; 34 ].

Nota a margine
C'è anche un'onda in modalità lenta, che differisce nella polarizzazione e nella fase relativa tra le fluttuazioni magnetiche e di densità. Si chiama lenta perché ha una velocità di fase inferiore rispetto alla modalità veloce nello stesso mezzo.

Velocità termiche

Le ultime due velocità rilevanti sono le velocità termiche degli elettroni e degli ioni. La velocità unidimensionale rms è data da: $$ V_ {Ts} ^ {rms} = \ sqrt {\ frac {k_ {B} \ T_ {s}} {m_ {s}}} $$ dove le definizioni sono le stesse delle sezioni precedenti e $ s $ può essere $ e $ (elettroni) o $ i $ (ioni). Generalmente usiamo la velocità più probabile tridimensionale, che è data da: $$ V_ {Ts} ^ {mps} = \ sqrt {\ frac {2 \ k_ {B} \ T_ {s} } {m_ {s}}} $$

Nell'IPM, l'elettrone [eg, Refs. 2; 3; 5; 7; 8; 14; 17-22; 24; 25; 27; 29-34 ] e ioni [ad esempio, Rif. 1-6; 8-11; 13; 15-17; 19; 20; 23; 26-32 ] le velocità termiche sono rispettivamente $ V_ {Te} ^ {mps} $ ~ 1020 - 5170 km / se $ V_ {Ti} ^ {mps} $ ~ 13 - 155 km / s.

Riepilogo

Esistono diversi tipi di velocità simili al suono nello spazio e ognuna di esse può produrre fenomeni correlati in modo simile. Ad esempio, ci riferiamo spesso a numeri Mach associati a $ C_ {s} $, $ V_ {A} $ e $ V_ {f} $. Inoltre, ci sono diverse instabilità del plasma che derivano da un effetto simile alla radiazione di Cerenkov, per cui un fascio di particelle supera, ad esempio, la velocità termica dell'elettrone.

In sintesi , nelle regioni al di fuori delle magnetosfere locali ma nel regno dell'influenza del nostro sole, esiste un'ampia gamma di velocità del suono.

Aggiorna

Un articolo sulle statistiche dei parametri dipendenti dalla temperatura vicino alla Terra nel vento solare è stato recentemente pubblicato su Astrophys. J. Suppl. di Wilson et al. [2018] (è Open Access quindi nessun paywall). Il lavoro fornisce nuove misurazioni ma fornisce anche una revisione dettagliata della letteratura / un elenco di riferimenti di lavori passati.

Riferimenti

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  33. L.B. Wilson III et al. , J. Geophys. Ris. 119 , pagg. 6455-6474, 2014.
  34. L.B. Wilson III et al. , J. Geophys. Ris. 119 , pagg. 6475-6495, 2014.
Aggiornare con una citazione evidenziata al documento di revisione.Grazie!
@CoolHandLouis - Sfortunatamente, sto ancora aspettando che molti dei miei coautori contribuiscano con i loro capitoli alla revisione e sono lenti (alcuni insegnavano e altri si trasferivano da un'università all'altra, il che ha aggiunto ritardi).
#5
+9
iantresman
2015-01-29 15:56:33 UTC
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Devi considerare che lo spazio è riempito da un sottile plasma, che si comporta in modo leggermente diverso da un gas ideale. In primo luogo, gli elettroni trasporteranno il suono a una velocità diversa per i protoni più pesanti, ma anche gli elettroni e i protoni sono accoppiati tramite il campo elettrico. Vedi: Velocità (del suono) nel plasma

La velocità del suono nel vento solare è stimata intorno ai 58 km / s, sulla base dell'equazione nella risposta data da Kieran Caccia. Tuttavia, la temperatura del vento solare è più simile a $ T = 1,2 \ volte 10 ^ 5K $ ( ref)

#6
+7
user56903
2015-01-29 15:03:22 UTC
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Data la bassa densità del gas, la velocità del suono sarebbe una funzione diretta della temperatura del gas, cioè la velocità delle molecole / atomi. Poiché questa varia da circa 2,7 K a milioni di gradi vicino ad alcune stelle, la velocità del suono può cambiare un po '.

#7
+3
mmesser314
2016-02-28 20:50:50 UTC
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La misurazione diretta mostra che la velocità è di 1100 m / s.

Il campo gravitazionale simile a un dardo dell'ESA e l'Esploratore della circolazione oceanica (GOCE) erano soliti orbitare il più vicino possibile alla Terra, a soli 260 km di altezza, per massimizzare la sua sensibilità alle variazioni del campo di gravità terrestre.A quell'altitudine, c'è abbastanza atmosfera per esercitare una piccola resistenza.Il satellite aveva una forma aerodinamica e un piccolo motore per tenerlo in orbita.La missione si è conclusa quando il motore ha esaurito il carburante.

Nel 2011, l'enorme terremoto del Tohoku giapponese 9.1 ha generato disturbi atmosferici.Questi hanno deviato il satellite.Sono state misurate anche le variazioni di densità.Articolo e video qui.

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Questo è molto interessante e vorrei saperne di più, ma non credo che questo affronti il PO.
@honeste_vivere - Immagino che dipenda da quale regione dello spazio lo interessa.Se lo spazio inizia a un'altitudine arbitraria di 100 km, questo conta.Ma la densità è certamente più alta qui rispetto alla maggior parte dei posti.La tua risposta è migliore.
Mi riferivo più al fatto che una distorsione nell'atmosfera non è una "velocità del suono".La velocità alla quale la distorsione si propaga è la velocità del suono, ma ciò cambierebbe con l'altitudine.
@honeste_vivere - Non capisco la distinzione che stai facendo.Mi sembra che la distorsione si propaga alla velocità del suono, e la velocità è dedotta dal tempo necessario per arrivare dal suolo al satellite.Forse hanno modellato la velocità in funzione dell'altitudine e hanno ridimensionato le velocità previste per adattarle al tempo trascorso.Mi sto perdendo qualcosa?
È che lo tsunami ha spostato fisicamente una grande quantità di acqua che ha poi spostato l'aria, proprio come il vento.Il vento non è un'onda sonora.Lo spostamento si è propagato vicino alla velocità del suono molto probabilmente perché lo spostamento iniziale è avvenuto così rapidamente (un po 'come un impatto di breve durata).Dalla tua figura, sembra che abbiano tenuto conto della variazione della velocità del suono con l'altitudine, ma un'atmosfera sporgente a causa dello spostamento è un flusso di massa di un fluido, non un'oscillazione longitudinale che si propaga.Ha più senso?
@honeste_vivere - Sì, tranne per il fatto che il collegamento parla di suono.In particolare, infra-suono con lunghezze d'onda di chilometri.Ecco un collegamento all'articolo completo.http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50205/abstract
Ah capisco ... sì, va bene così.


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