Mengapakah Angkasawan Boleh Berbual di Angkasa Lepas?

Dalam filem sains fiksyen, kita mungkin mendengar bunyi letupan yang kuat apabila sebuah kapal angkasa meletup di tengah angkasa lepas. Namun, jika peristiwa itu berlaku dalam keadaan vakum, bunyi letupan tersebut tidak dapat merambat terus melalui ruang kosong kepada pendengar yang jauh. Anehnya, angkasawan yang menjalankan kerja di luar Stesen Angkasa Antarabangsa masih boleh berbual dengan rakan mereka dan pusat kawalan di Bumi. Bagaimanakah komunikasi ini berlaku sedangkan bunyi, sebagai gelombang mekanik, memerlukan medium untuk merambat?

Bunyi bermula daripada getaran

Apabila kita bercakap, pita suara bergetar dan menghasilkan perubahan tekanan dalam udara di sekelilingnya. Perubahan tekanan ini merambat melalui udara sebagai gelombang bunyi, yang dalam udara biasanya berbentuk gelombang membujur. Zarah udara berayun ke hadapan dan ke belakang di sekitar kedudukan keseimbangannya, hampir selari dengan arah perambatan gelombang, lalu menghasilkan kawasan mampatan yang tekanannya lebih tinggi daripada tekanan keseimbangan dan kawasan regangan yang tekanannya lebih rendah.

Apabila perubahan tekanan ini sampai ke telinga, gegendang telinga bergetar, dan sistem pendengaran memproses getaran tersebut sehingga kita dapat mendengar bunyi. Bunyi membawa tenaga melalui medium, tetapi zarah medium tidak perlu bergerak bersama gelombang sepanjang keseluruhan jarak perambatannya.

Mengapakah bunyi memerlukan medium?

Gelombang mekanik memerlukan bahan yang boleh mengalami gangguan atau getaran untuk memindahkan tenaga dari satu kawasan ke kawasan lain. Dalam udara, gangguan tersebut merambat melalui perubahan tekanan dan gerakan zarah gas, manakala dalam air, gelombang bunyi merambat melalui perubahan tekanan dalam cecair. Bunyi juga boleh merambat melalui pepejal, misalnya getaran daripada ketukan pada meja yang bergerak melalui bahan meja tersebut.

Kelajuan bunyi bergantung pada sifat medium, termasuk ketegaran dan ketumpatannya. Sebagai perbandingan, kelajuan bunyi dalam udara pada suhu 0°C ialah kira-kira 331 meter sesaat, manakala dalam air tawar pada suhu 20°C ialah kira-kira 1,480 meter sesaat. Nilai ini menunjukkan bahawa bunyi tidak merambat pada kelajuan yang sama dalam semua bahan.

Apakah yang berlaku dalam vakum?

Vakum sempurna ialah ruang yang tidak mengandungi jirim. Tanpa medium, tiada zarah bahan yang dapat mengalami perubahan tekanan dan meneruskan perambatan gelombang bunyi biasa, maka bunyi tidak dapat merambat melalui vakum sempurna. Angkasa lepas sering digambarkan sebagai vakum kerana ketumpatan jirim di kebanyakan kawasannya sangat rendah berbanding atmosfera Bumi. Namun, angkasa lepas bukan ruang yang kosong sepenuhnya, kerana sesetengah kawasannya mengandungi gas yang sangat jarang, zarah bercas dan plasma.

Gelombang tertentu boleh merambat dalam bahan yang wujud di angkasa, tetapi keadaan ini tidak bermaksud suara manusia boleh merambat seperti biasa merentasi ruang antara dua angkasawan. Tanpa sistem komunikasi, angkasawan yang berada di luar kapal angkasa tidak dapat mendengar suara rakannya hanya melalui ruang vakum di antara mereka.

Bagaimanakah gelombang radio berbeza daripada bunyi?

Gelombang radio ialah sejenis gelombang elektromagnet. Tidak seperti gelombang mekanik, gelombang elektromagnet tidak memerlukan medium bahan untuk merambat, dan gelombang ini melibatkan perubahan medan elektrik dan medan magnet yang saling berkaitan. Cahaya tampak, gelombang radio, gelombang mikro dan sinar-X semuanya tergolong dalam spektrum elektromagnet, dan dalam vakum gelombang elektromagnet merambat pada kelajuan kira-kira 300 juta meter sesaat.

Oleh sebab gelombang radio boleh merambat melalui vakum, gelombang tersebut sesuai digunakan untuk menghantar maklumat antara kapal angkasa, satelit dan stesen komunikasi di Bumi. Walau bagaimanapun, gelombang radio bukan bunyi, dan telinga manusia tidak dapat mendengarnya secara langsung.

Bagaimanakah suara angkasawan dihantar?

Ketika melakukan aktiviti di luar kapal angkasa, angkasawan memakai sut angkasa yang mempunyai sistem komunikasi. Pertama, angkasawan bercakap di dalam topi keledar yang mengandungi gas bertekanan, dan gelombang bunyi daripada suaranya merambat melalui gas tersebut menuju ke mikrofon. Mikrofon menukarkan getaran bunyi kepada isyarat elektrik, lalu sistem komunikasi menggunakan maklumat daripada isyarat itu untuk menghasilkan isyarat radio yang membawa maklumat suara.

Gelombang radio dihantar melalui antena dan boleh merambat merentasi ruang vakum menuju ke penerima. Di pihak penerima, peralatan komunikasi memproses isyarat radio untuk mendapatkan semula maklumat suara, dan akhirnya pembesar suara atau fon telinga menghasilkan getaran yang membentuk gelombang bunyi dalam medium di sekeliling telinga pendengar. Dengan cara ini, angkasawan boleh mendengar suara rakannya walaupun gelombang bunyi asal tidak merambat secara langsung melalui vakum di antara mereka. Sut angkasa yang digunakan NASA untuk aktiviti luar kapal mempunyai peralatan komunikasi yang merangkumi mikrofon, fon telinga atau pembesar suara serta radio dua hala.

Bagaimanakah pula dengan bunyi di dalam kapal angkasa?

Di dalam ruang kapal angkasa yang mempunyai atmosfera bertekanan, bunyi boleh merambat melalui gas seperti di dalam bilik biasa. Oleh itu, dua angkasawan yang berada dalam ruang bertekanan yang sama boleh bercakap secara langsung tanpa radio, selagi suara mereka cukup kuat untuk didengar. Perbezaannya bukan disebabkan kedudukan mereka di angkasa lepas semata-mata, tetapi kewujudan atau ketiadaan medium yang membolehkan bunyi merambat.