映画では、宇宙船の爆発やエンジン音が大きく響く場面があります。しかし、現実の宇宙空間で人がその「音」を直接聞くことはできません。
理由は、音が光のように単独で空間を進むものではなく、空気・水・固体などの物質を振動させながら伝わる機械的な波だからです。
宇宙空間は完全な無ではありませんが、地上の空気に比べて粒子が極端に少ない高真空です。そのため、日常的な音を隣の人へ伝えるほど密な媒質がなく、通常の音波はほとんど伝わりません。
音は「物質の振動」が隣へ伝わる現象
スピーカーから音が出るとき、スピーカーの膜が前後に振動します。
膜が前へ動くと周囲の空気分子を押して密度の高い部分を作り、後ろへ動くと密度の低い部分を作ります。この圧縮と膨張が隣の分子へ次々に伝わることで、音波が空気中を進みます。
つまり、音そのものが空気分子を遠くまで運んでいるわけではありません。分子は元の位置の近くで振動し、その振動エネルギーが隣へ渡されていきます。
NASAも、音を機械波として説明し、真空には振動を伝える媒質がないため音波が進めないとしています。
音は空気だけでなく、水や固体の中も伝わる
音に必要なのは「空気」そのものではなく、振動を受け渡せる物質です。
水中では水分子が振動を伝えるため、水中スピーカーやクジラの声を聞くことができます。
固体でも、原子や分子の結びつきを通して振動が伝わります。机に耳をつけて反対側をたたくと音が聞こえるのは、このためです。
JAXAも、真空では音は伝わらない一方、水やISS船内の空気のように媒質がある場所では音が伝わると説明しています。
真空では、振動を次へ渡す粒子がほとんどいない
地上の空気中には、非常に多くの窒素・酸素などの分子があります。
一方、宇宙空間では粒子密度が桁違いに低くなります。
スピーカーや金属板が振動しても、そのすぐ外側に振動を受け取る気体分子がほとんどいなければ、圧縮と膨張の波を連続的に作れません。
そのため、高真空の宇宙では地上と同じような音波は成立しません。
宇宙は完全な真空ではないのに、なぜ音が聞こえないのか
W01351で扱ったように、宇宙空間は完全な空っぽではありません。
低地球軌道にはごく薄い大気が残り、惑星間空間には太陽風の粒子、星間空間には希薄なガスやプラズマがあります。
しかし、それらの密度は人間の声や爆発音を通常の音圧波として遠くまで運ぶには小さすぎます。
「粒子が少しでもあれば地上と同じように聞こえる」のではなく、音波として連続的に振る舞えるほど十分な粒子密度と衝突頻度が必要なのです。
宇宙船の外で叫んでも、隣の宇宙飛行士には直接届かない
二人の宇宙飛行士が船外活動中に近くで向かい合っていても、宇宙服の外側はほぼ真空です。
一人が叫ぶと、宇宙服内部の空気には声の音波が生まれます。しかし、その振動は宇宙服の外へ出た時点で周囲の真空へ普通の音波として広がることができません。
したがって、もう一人の宇宙飛行士へ声が直接「空気中の音」として届くことはありません。
宇宙飛行士どうしが会話できるのは無線を使うから
船外活動中の宇宙飛行士は、無線通信を使って会話します。
マイクが宇宙服内部の声を電気信号へ変換し、その情報を電波として送ります。
電波は電磁波なので、音波とは違って真空中でも進めます。
受信側では電波を電気信号へ戻し、イヤホンやヘッドセットのスピーカーが宇宙服内部の空気を振動させます。そこで初めて、人の耳が聞く「音」に戻ります。
「宇宙から声が届く」のは、音が宇宙を通ったからではない
ISSから地上へ届く宇宙飛行士の声も同じです。
宇宙飛行士が発した声は、まずISS内の空気中を音波としてマイクまで進みます。
そこから先は電気信号・電波として宇宙空間を伝わり、地上の受信設備で再び音へ変換されます。
したがって「宇宙でも会話が聞こえる」という事実は、真空中を音波が伝わった証拠ではありません。
ISSの中では普通に音が伝わる
ISS船内には、宇宙飛行士が呼吸できるよう地上に近い気体環境が保たれています。
そのため船内では、会話、ファン、ポンプ、コンピューター、実験装置などの音が空気を通して伝わります。
ESAは、宇宙空間の真空では音が伝わらない一方、宇宙船の内部はむしろ機械音などで騒がしくなることがあり、宇宙飛行士の聴力への影響を調べる研究も行われていると紹介しています。
宇宙船の壁や骨組みの中では振動が伝わる
宇宙船の外側が真空でも、宇宙船そのものは固体です。
エンジン、モーター、ポンプ、姿勢制御装置などが振動すると、その振動は金属や複合材料の構造を通して別の場所へ伝わります。
船内で聞こえる機械音の一部は、装置から空気へ直接出た音だけでなく、構造物を通ってきた振動が別の場所で空気を揺らして音になったものです。
真空では「すべての振動が消える」のではなく、「空間を隔てた音波としては伝わりにくい」ということです。
金属棒で宇宙船同士をつなげば、振動は伝えられる
思考実験として、真空中にある二つの密閉容器を長い金属棒でつないだとします。
片方で棒をたたけば、振動は金属内部を伝わってもう片方へ届きます。
受け側の容器内部でその振動が空気を揺らせば、人は音として聞くことができます。
この例からも、音に必要なのは必ずしも空気ではなく、振動を連続的に運べる媒質だと分かります。
宇宙で爆発しても、光は見えても「ドーン」は直接聞こえない
宇宙空間で爆発が起きれば、光や電磁波は真空中を進むため、離れた観測者は発光を見ることができます。
しかし、その爆発による圧力波を伝える十分な気体が周囲になければ、地上の爆発のような「ドーン」という音は届きません。
映画の宇宙戦闘で聞こえる爆発音は、演出として加えられたものです。
ただし爆発の破片や噴出ガスが直接当たれば別の現象が起こる
真空中でも、爆発によって放出されたガスや破片そのものが宇宙船へ到達すれば、衝突によって船体が振動することがあります。
その振動が船内の空気へ伝われば、乗員は衝撃音として聞くかもしれません。
これは「爆発音が真空を音波として伝わった」のではなく、物質が直接衝突して構造を振動させた結果です。
「宇宙の音」として公開される音源は何なのか
NASAや宇宙機関は、惑星、太陽、ブラックホール周辺などの「宇宙の音」を公開することがあります。
しかし、そのすべてが人間の耳で宇宙空間にマイクを置いて録音した音ではありません。
電波、磁場、プラズマの振動、X線強度、光度変化などの観測データを、人間が聞ける周波数へ変換する「ソニフィケーション」が多く使われています。
データを音に変えることで、時間変化や周期性を耳で理解しやすくするのが目的です。
プラズマの「波」は、空気中の音と同じではない
宇宙空間には太陽風などのプラズマが存在し、その中では密度変化や電磁場の変化が波として伝わります。
宇宙探査機はこれらのプラズマ波や電場・磁場の変動を測定できます。
測定データの周波数を人間の可聴域へ変換すると、笛のような音やうなりとして聞くことができます。
しかし、それは宇宙飛行士がヘルメットを脱げば耳で直接聞ける音ではありません。センサーで物理量を測り、機器が音へ変換したものです。
星間空間にもガスがあるなら、圧力波は存在できる場合がある
宇宙のすべての場所が同じ密度ではありません。
銀河団のように広い範囲に高温ガスが存在する場所では、そのガスの中を圧力波が伝わることがあります。
NASAはペルセウス座銀河団の高温ガス中にブラックホール由来の圧力波が存在するとし、その観測データを人間が聞ける高さへ変換したソニフィケーションを公開しています。
つまり「宇宙では絶対にどこにも音波が存在しない」ではなく、十分な物質が存在する場所なら圧力波は成立し得るというのが正確です。
銀河団の圧力波は、そのまま人間の耳で聞けるわけではない
ペルセウス座銀河団の圧力波は、周波数が人間の可聴域よりはるかに低いため、そのまま耳で聞くことはできません。
NASAのソニフィケーションでは、実際の波を何十オクターブも高い周波数へ移して可聴化しています。
この例は、「媒質がある宇宙環境には物理的な圧力波が存在すること」と、「公開される音源がそのまま人間の耳に聞こえる音ではないこと」の両方を示しています。
音速は媒質によって変わる
音が伝わる速度は、媒質の密度だけで単純に決まるわけではなく、弾性や圧力、温度などによって変わります。
地上では、音は空気より水や金属の中で速く伝わる場合があります。
NASAの音響資料でも、音速は媒質の種類と温度などに依存し、真空では媒質がないため音速を通常の意味で定義できないと説明されています。
「粒子が薄いほど音が遅くなり、最後にゼロになる」とは限らない
宇宙の音を考えるとき、「空気が薄くなるほど音速がどんどん遅くなって、真空でゼロになる」と考えるのは正確ではありません。
気体中の音速は、理想気体なら主に温度や気体の性質に依存します。
一方、密度が極端に低くなると、粒子同士が十分な頻度で衝突せず、そもそも日常的な連続体としての音波という扱いが成り立ちにくくなります。
宇宙では「音速が遅すぎる」のではなく、「普通の音波を支える媒質が成立しにくい」ことが本質です。
耳そのものも、外部真空では普通に使えない
人間の耳は、周囲の空気圧がある環境を前提に働きます。
鼓膜は外耳側と中耳側の圧力差や空気の振動を受けて動きます。
宇宙服なしで真空にさらされれば、音を聞けるかどうか以前に人体が危険な状態になります。
そのため現実の宇宙活動では、宇宙服や宇宙船内部に気体環境を作り、その中で通常の聴覚を使います。
真空チャンバでは、音源が動いていても外から聞こえにくくなる
地上でも、真空容器を使えば「音に媒質が必要」という性質を実験できます。
容器の中でブザーを鳴らしながら空気を抜くと、装置そのものは振動していても、空気を通る音は次第に弱くなります。
完全な理想真空ではありませんが、気体を減らすほど空気中の音の伝達が難しくなることを示す実験です。
ただし装置の振動が容器の壁や支持部を通って外へ伝わると、その構造振動由来の音は残る場合があります。
音と光の違いは「媒質が必要かどうか」
音が宇宙空間で伝わりにくい一方、太陽の光は地球へ届きます。
これは光が電磁波であり、空気や水のような物質を必要とせず真空中を進めるからです。
W01356では、この光と真空の関係を詳しく扱います。
音と光を比べると、「波だからすべて同じ方法で伝わるわけではない」ことが分かります。
W01351との違いは「真空の性質」ではなく「音の伝播条件」
W01351では、宇宙空間がなぜほぼ真空でありながら完全な空っぽではないのかを、粒子密度と圧力から説明します。
本記事W01355では、その低い粒子密度が音へどのような影響を与えるかを掘り下げます。
つまりW01351が「宇宙の真空とは何か」を扱う記事なら、W01355は「なぜその真空中では通常の音波が伝わらないのか」を扱う記事です。
宇宙で音が伝わる・伝わらない条件を整理すると分かりやすい
| 場所・状況 | 音の伝わり方 |
|---|---|
| 地上の空気中 | 空気分子の圧縮・膨張として伝わる |
| 水中 | 水分子の振動として伝わる |
| 金属や宇宙船構造 | 固体内部の振動として伝わる |
| ISS船内 | 空気があるため普通に聞こえる |
| 船外の高真空 | 通常の可聴音はほとんど伝わらない |
| 銀河団の高温ガス | 圧力波が存在できるが、人間の可聴域とは限らない |
| 無線通信 | 音ではなく電磁波として真空を通る |
まとめ
宇宙空間で音がほとんど伝わらないのは、音が物質の振動を受け渡しながら進む機械波であり、宇宙の高真空にはその振動を連続的に運ぶ粒子が極端に少ないからです。
- 音は空気、水、固体などの媒質を必要とします。
- 宇宙空間では粒子密度が非常に低いため、通常の音圧波はほとんど伝わりません。
- ISS船内には空気があるため、会話や機械音は普通に聞こえます。
- 船外活動中の会話は、音を電気信号・電波へ変えて送っています。
- 宇宙船の固体構造の中では振動を伝えることができます。
- 銀河団の高温ガスのように十分な媒質がある宇宙環境では、圧力波が存在する場合があります。
- 「宇宙の音」として公開されるものには、電磁波やプラズマ観測データを可聴化したソニフィケーションも多く含まれます。
つまり、宇宙が「静か」なのは、音を生み出す振動そのものが存在しないからではありません。振動を遠くまで音として運ぶ媒質がほとんどないためです。媒質がある船内や固体内部では音は伝わり、真空を隔てる通信では電波へ変換することで情報を届けているのです。
参考資料
- JAXA「JAXA宇宙飛行士によるISS長期滞在 質問回答」
- NASA Science「Anatomy of an Electromagnetic Wave」
- ESA「How loud is space?」
- NASA Science「Data Sonifications: Black Holes」
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