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地球磁力線像琴弦一樣被宇宙空間帶電粒子撥動，會發(fā)出什么樣的聲音？

來自北京航空航天大學(xué)的科研團(tuán)隊日前發(fā)布了一項最新的研究成果，他們在世界上首次發(fā)現(xiàn)了距離地球16萬公里處遙遠(yuǎn)太空的“太空合聲”，并發(fā)現(xiàn)了全新的合聲波產(chǎn)生機制，突破了全球科學(xué)界在太空合聲波研究領(lǐng)域延續(xù)70多年的傳統(tǒng)認(rèn)知。

北航團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)空間的“太空合聲”

專家介紹，“太空合聲”學(xué)名為合聲波，是一種電磁波。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為它的產(chǎn)生與地球磁場有關(guān)，如果將地球磁場的磁力線想象為兩端固定在地球南北磁極區(qū)的琴弦，當(dāng)太陽風(fēng)的能量到達(dá)地球時，與地球磁場相互作用，就激發(fā)出頻率特征類似于清晨鳥兒的齊鳴合奏聲的電磁波。

中國科學(xué)院院士 北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)院院長 曹晉濱：太空合聲就是空間中的一種低頻的電磁波，它的頻率可以從一百赫茲到幾千赫茲。因為它的頻譜特征，跟我們平常在地面上聽的鳥鳴合聲的頻譜特征很相像，所以我們把它叫太空合聲。

自20世紀(jì)50年代以來，全球與空間探索有關(guān)的科學(xué)家對合聲波進(jìn)行了大量觀測研究，認(rèn)為合聲波主要發(fā)生在近地空間的地球偶極磁場區(qū)域。

北航科研團(tuán)隊利用一個科學(xué)探測器數(shù)年收集的海量數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)了距離地球16萬公里處的合聲波，同時還發(fā)現(xiàn)了全新的合聲波產(chǎn)生機制，突破了全球科學(xué)界延續(xù)70多年的傳統(tǒng)認(rèn)知。

北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)院副教授 劉成明：七十年來大家認(rèn)為這個波只能存在于近地空間，在地球偶極磁場區(qū)里面，只能存在同步軌道附近這個區(qū)域，就沒有人去想過這個波能不能在更遠(yuǎn)的地方，因為這個認(rèn)識已經(jīng)很久了，根深蒂固了。

“殺手電子”制造者的神秘面紗尚待揭開

北航科研團(tuán)隊的這一發(fā)現(xiàn)在全球?qū)W術(shù)界引起了高度關(guān)注，然而合聲波，這種被科學(xué)家們賦予美好想象的太空自然現(xiàn)象，至今科學(xué)家們?nèi)詻]有完全摸清它產(chǎn)生和傳播的機制。

專家介紹，合聲波作為地球和行星空間等離子體中幅值最強的電磁波動之一，具有能夠?qū)㈦娮蛹铀俚浇咏馑俚哪芰?，一旦被加速，這些高能電子就變成了“殺手電子”，嚴(yán)重危害航天器穩(wěn)定運行和航天員健康安全。

北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)院副教授 劉成明：它不僅造成很大影響，甚至有時候可能會是致命性的。只需要很短的空間尺度，非常小的一段合聲波，就會在幾秒內(nèi)，甚至零點幾秒內(nèi)，把電子加速，加速到很多很多數(shù)量級。

然而，這個來自太空的“殺手電子”制造者，卻始終蒙著神秘的面紗，時至今日，科學(xué)界也沒能全面掌握合聲波的產(chǎn)生和傳播機制。

這次北航研究團(tuán)隊通過觀測，證實了合聲波不僅在近地空間存在，在遠(yuǎn)離地球的非偶極磁場區(qū)域同樣也能存在的理論依據(jù)，離掀開合聲波的神秘面紗又近了一步。

中國科學(xué)院院士 北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)院院長 曹晉濱：我們利用衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，包括粒子的、電磁場的觀測數(shù)據(jù)，提出了一個非線性波粒相互作用的物理過程，圓滿地解釋了在16萬公里、距離地球比較遙遠(yuǎn)的非偶極磁場控制的區(qū)域，這個合聲波的產(chǎn)生機制。

深入研究“合聲”為太空探索保駕護(hù)航

由于合聲波產(chǎn)生的高能粒子，能夠給人造航天器帶來嚴(yán)重毀傷效果，對人造衛(wèi)星、航天發(fā)射以及載人航天來說是巨大的威脅，因此，深入研究和了解合聲波，對于保護(hù)人類航天活動具有十分重要的實際意義。

在人類邁向太空的進(jìn)程中，高能粒子無時無刻不在影響和威脅著人造航天器，2003年10月，在由太陽活動引起的空間天氣災(zāi)害事件中，地球空間高能粒子輻射通量急劇增長，造成了國際上多顆重要的科學(xué)研究衛(wèi)星受到不同程度損壞甚至報廢，我國1990年發(fā)射的風(fēng)云一號B衛(wèi)星也是受到高能粒子影響提前報廢。

隨著高能粒子對航天器所造成的威脅日益凸顯， 在全球所有航天大國的空間天氣預(yù)測系統(tǒng)中，合聲波都是重要內(nèi)容。

中國科學(xué)院院士 北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)院院長 曹晉濱：我們通過研究合聲波是怎么產(chǎn)生的，怎么加速高能電子的，我們就可以對高能電子輻射帶的演化進(jìn)行提前預(yù)報，就可以減免對衛(wèi)星的損害。

除了危害之外，合聲波還給地球帶來諸多影響，其中，地球兩極壯觀美麗的脈動極光，就與合聲波有著直接的關(guān)系。

中國科學(xué)院院士 北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)院院長 曹晉濱：因為合聲波通過跟電子共振可以加速，但滿足一定的條件以后，它也可以散射電子。散射電子沿地球磁力線往兩極走，撞擊到極區(qū)高層大氣的分子就會產(chǎn)生極光。

目前，北航科研團(tuán)隊的相關(guān)論文已經(jīng)在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，國際同行專家評價，這項研究增強了我們對合聲波的理解，這將極大地提高我們對空間天氣的預(yù)報能力。