用衛星和土星環創作音樂

在心懷敬畏和讚歎遙望了幾個世紀的土星環後，多倫多大學的天體物理學家現在使我們能聆聽土星環了。

多倫多大學藝術與科學系理論天體物理加拿大研究會(CITA)的博士後研究員Matt Russo說道：「為了慶祝下個月NASA的卡西尼任務的終場演出，我們把土星的衛星和星環轉變為了兩首曲子。」

這一轉換是通過軌道共振實現的，當兩個天體在同一時間內繞行不同數量的軌道圈數時就會發生軌道共振，這樣兩者就會不斷回到初始位置配置。兩者間這種有節律的引力變動使兩者保持緊密的循環模式，可被直接轉換為音樂和聲。

Russo說道：「哪裡有共振，哪裡就有音樂。太陽系中就數土星的共振最多。」

credit: 煎蛋畫師PAX-12

卡西尼號在2004年抵達土星後，在繞行中已經收集了大量數據，現在已經進行最後的死亡螺旋了。它將會在9月15日躍入該行星，避免污染任何衛星。(註：本文早就翻譯好了，結果一拖就過了這個日子，汗)

Russo獲得了CITA博士後研究員Dan Tamayo的加盟，一起用測量百萬公里的儀器玩音樂。音樂的音符和節奏都來自土星衛星的繞行運動以及組成土星環的數萬億小粒子的軌道運動。

Tamayo說道：「土星壯觀的星環就像是共鳴板，在調和諸多衛星的所在放射波，某些衛星對自身鎖在共振態中。」

衛星和星環的音樂

在首個曲目中，研究者將土星六個較大的衛星的自然軌道頻率增加了27個八度以得到音樂的音符。Russo稱：「你所聽到的是衛星的實際頻率，只是轉移到了人類的聽覺範圍。」團隊最後利用Tamayo研發的最新衛星系統數字模擬在每次衛星完成繞轉之時播放得到的音符。

衛星系統有兩個軌道共振，從而給出了節奏和和聲結構，否則就會變成不穩定的搖籃曲式的曲子。土衛一Mimas和土衛三Tethys鎖定在2:1共振態，所以Tethys每公轉一周Mimas就轉兩周。土衛二Enceledus和土衛四Dione也有相同的軌道關係，隨著它們進入和離開同步態，兩種簡單節律的組合也創造了有趣的音樂模式。

Russo稱：「由於將音符的頻率加倍就會得到高一個八度的相同音符，較近的這四個衛星就只會產生兩種接近於純五度的不同音符。土衛五Rhea則是大三和弦，受到土星最大的衛星泰坦不時的干擾。」

Russo和Tamayo的項目中還包括了多倫多音樂家，Matt的長期樂隊夥伴Andrew Santaguida。「Dan對軌道共振的理解深刻，Andrew則是音樂製作的奇才。我的工作就是連接這兩個世界。」

泰坦星實際上給卡西尼探測飛船最後推了一把，將其送入撲向土星核心的死亡之躍。音樂也跟隨卡西尼飛船最後的飛行，將不斷增加的軌道頻率轉換為劇烈的升調，音調的音量隨著觀測到土星環的亮暗變化而上升和下降。卡西尼號墜入土星的死亡時刻則是被表現為鋼琴和弦最後一聲轟隆，這也是受到The Beatles的曲子「A Day in the Life」的啟發，在那首曲子中，類似的緊張的漸增曲調之後就是一個響亮的大三和弦。

音樂之外，Russo還設計了一個土星環木雕，這樣人們在聽音樂的同時還能用指尖跟隨。加拿大國家研究院在9月15日將為視力有損人群舉行Night Steps募捐展覽，這個木雕屆時也將展出，那也是卡西尼號命中注定的末日。

音樂地址，點我聆聽

土衛十Janus的共振轉換為音樂

第二首曲目是根據土衛十Janus和土衛十一Epimetheus創作的，這是兩個小型的不規律衛星，在土星的主環系統之外共享一個軌道。兩者就是1:1共振態的例子，太陽系中獨一份。這一對衛星的軌道與土星的距離只相差一點點，但可以忽略不計，它們每四年就交換一下位置。這首曲目模擬了卡西尼任務最後的幾月，這也是土衛十逐漸靠近土衛十一的時候，它將在2018年與土衛十一交換位置。這兩個衛星會形成同音嗡嗡聲，但節奏會不斷轉移。

Russo為每個軌道用吉他彈奏一次C#音符，而每次土星環內發生共振時，大提琴就維持一個音符。

Russo說道：「每個環就像是間斷的線，土衛十和土衛十一在共享軌道上追逐的過程中不斷將其彎曲。」卡西尼最近捕捉到了一張這在土星環中引起漣漪的圖片。為了將這個轉換為音樂，Russo和Santaguida使用圖片中的亮度變化控制大提琴的強度。

Russo說道：「土星的跳舞衛星現在也有音樂了。」

Russo，Tamayo和Santaguida在幾個月前也將最近發現的TRAPPIST-1行星系統轉換為了音樂。他們將自己的星際音樂編外計劃命名為SYSTEM Sounds，希望繼續探尋宇宙，找到其他自然發生的和聲共振。

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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