“声波”如何通过声音观察宇宙万物？

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来源：DeepTech深科技

1992年，美国航空航天局（NASA）曾发行名为《行星交响曲》的系列专辑，里面装载的声音正是将通过射电望远镜收集到的宇宙电磁波转换为人耳可听到的频率而形成的。现今，有不少天文研究中心正在试图将天文数据转化为耳朵听得到的声音，即“可听化”技术。这项技术不仅能方便盲人科学家参与科研，还能普及到更多领域，方便耳力行动者开展工作和生活。

在不久的将来，用耳朵来听见星辰的声音，进而读懂天文数据，或许将成为主流。

将天文数据可听化

在西雅图，美国天文学会（AAS）第241次会议的会议大厅里，盲人天文学家莎拉·凯恩站在一台超大的电脑显示器前，有条不紊地重建着银河系的生命史。她向在场的人概述了她不久前在宾夕法尼亚大学读本科时主导的一个投入巨大的研究项目——“寻找银河化石”。通过测量大量恒星的成分、温度和表面重力，她从中选出689颗看起来与其他恒星不同的恒星。凯恩解释说，识别最古老的恒星将有助于我们了解整个星系的演化。

原则上，天文学领域应该很欢迎像凯恩这样失明的研究人员，因为天文学研究已走过了观测者挤在巨型望远镜目镜前的时代。今天，大多数天文学研究都是从按强度和波长分解的光的读数开始的，无论以何种方式进行数字化和排序都证明是最有用的。

但天文学的可及性潜力在很大程度上仍然是理论上的，总的来说，科学充满了图表、数据库和图像，这些都是专门为被看到而设计的。因此，三年前，当凯恩遇到一种名为声波处理的技术时，她非常激动，该技术旨在将信息转化为声音。

在西雅图天文学会议上，“声音化和数据可及性”是反复出现的主题。麻省理工学院天体物理学家艾琳·卡拉播放了光在黑洞周围热气体中回荡的声音表现。哈佛-史密森天体物理中心的Allyson Bierila介绍了旨在让盲人和视障人士（BVI）能够接触到日食的声波处理。来自林肯大学的克里斯汀·林布描述了一项将声波处理纳入智利鲁宾天文台收集的天文数据的提议。这次会议只是科学普及这一更大趋势的一个缩影。凯恩说：“天文学是声波处理的一个领先领域，这项工作没有理由不能推广。”

声波处理的普及难在哪？

对数据进行适当的声波处理直到20世纪才开始，最早有意义的例子是20世纪20年代完善的盖革计数器，其怪异的点击声意味着危险的电离辐射的存在。到了现在，医生们采用声音来指示特定的医学读数，心电图的嘟嘟声可能是最具标志性的。当前声波显示器的应用大多数仍是专业化的、范围有限的，或者两者兼而有之。

瑞典林雪平大学的声学专家Niklas Rönnberg花了多年时间试图找出如何在家庭和工作场所更广泛地接受基于声音的数据。他认为，一个主要障碍是关于声音含义的普遍标准的持续缺乏。例如，大数字应该用高音还是低音来表示？人们喜欢为一些简单的事情选择个性化的音调，比如闹钟或短信通知。

佐治亚理工大学声波实验室负责人布鲁斯·沃克指出另一个障碍是：“这些工具不适合生态系统。”例如，在拥挤的办公室或嘈杂的工厂里，听觉展示毫无意义。在学校，如果基于声音的教育工具要求教师在电脑上添加扬声器和声卡，或者下载可能不兼容或可能被下一次系统更新删除的专有软件，那么这些工具是不可行的。

然而，沃克认为，现在时机已经成熟，可以更大范围地推广数据可听化处理。要抓住这个机会，就需要考虑声波处理在哪里有用，在哪里适得其反。

一条行之有效的路径

爱荷华大学的空间物理学家比尔·库尔斯是空间科学数据声波化的早期支持者。从20世纪70年代开始，他研究了美国国家航空航天局旅行者号探测器飞越太阳系外行星时收集的数据。库尔斯研究了探测器等离子体仪器的结果，并开始将复杂抽象的信号转换为声音，以更好地理解它们。

20世纪90年代末，库尔斯开始尝试将这些太空声音翻译成对非专业听众有意义的版本。遥远行星的汽笛声和爆裂声引起了公众的想象，并成为美国国家航空航天局新闻发布会的主要内容。

从那时起，美国国家航空航天局越来越多地接受声波处理，将其公共资助的宇宙学发现带给大众。哈佛-史密森天体物理中心的金佰利·阿坎德是这项工作的领导者之一。在过去的五年里，她与美国国家航空航天局合作开发了钱德拉X射线天文台的音频版本，这是一台类似哈勃的太空望远镜，可以突出高能天体和事件，如食人恒星和超新星爆炸。

阿坎德说：“当我第一次听到银河中心完成的数据声波处理时，我以一种完全不同的方式体验到了这些数据。我听到的是声音相互和谐的团块。我听到了来自不同波长光的独奏。”其他领域的研究人员越来越多地接受她的方法。

阿坎德的简短、可访问的天文学声波处理非常有助于向公众宣传，但她担心，它们对盲人和视障人士更容易获得科学知识几乎没有影响。为了评估她的工作的更广泛的有用性，Arcand最近进行了一项研究，研究盲人或视障人士和非英属维尔京群岛人对数据声波处理的反应。仍然不完整的结果表明，这两个群体的兴趣和参与程度相似。她认为这是一个迹象，表明这种声波处理在欢迎更多样化的人群进入科学领域方面有很多未开发的潜力。 

本文节选自《麻省理工科技评论》，内容有删改。

原文标题：Sonifying the sky

作者：科里·S·鲍威尔

好了，关于如何通过声音观察宇宙万物？就讲到这。