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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(dòng)，會(huì)發(fā)出什么樣的聲音？

來(lái)自北京航空航天大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)日前發(fā)布了一項(xiàng)最新的研究成果，他們?cè)谑澜缟鲜状伟l(fā)現(xiàn)了距離地球16萬(wàn)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(jī)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(duì)首次發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)空間的“太空合聲”

專(zhuān)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(diǎn)認(rèn)為它的產(chǎn)生與地球磁場(chǎng)有關(guān)，如果將地球磁場(chǎng)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(yáng)風(fēng)的能量到達(dá)地球時(shí)，與地球磁場(chǎng)相互作用，就激發(fā)出頻率特征類(lèi)似于清晨鳥(niǎo)兒的齊鳴合奏聲的電磁波。

中國(guó)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(zhǎng) 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?yàn)樗念l譜特征，跟我們平常在地面上聽(tīng)的鳥(niǎo)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(lái)，全球與空間探索有關(guān)的科學(xué)家對(duì)合聲波進(jìn)行了大量觀測(cè)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(chǎng)區(qū)域。

北航科研團(tuán)隊(duì)利用一個(gè)科學(xué)探測(cè)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(wàn)公里處的合聲波，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了全新的合聲波產(chǎn)生機(jī)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(lái)大家認(rèn)為這個(gè)波只能存在于近地空間，在地球偶極磁場(chǎng)區(qū)里面，只能存在同步軌道附近這個(gè)區(qū)域，就沒(méi)有人去想過(guò)這個(gè)波能不能在更遠(yuǎn)的地方，因?yàn)檫@個(gè)認(rèn)識(shí)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(kāi)

北航科研團(tuán)隊(duì)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](méi)有完全摸清它產(chǎn)生和傳播的機(jī)制。

專(zhuān)家介紹，合聲波作為地球和行星空間等離子體中幅值最強(qiáng)的電磁波動(dòng)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(yùn)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(shí)候可能會(huì)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(huì)在幾秒內(nèi)，甚至零點(diǎn)幾秒內(nèi)，把電子加速，加速到很多很多數(shù)量級(jí)。

然而，這個(gè)來(lái)自太空的“殺手電子”制造者，卻始終蒙著神秘的面紗，時(shí)至今日，科學(xué)界也沒(méi)能全面掌握合聲波的產(chǎn)生和傳播機(jī)制。

這次北航研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)觀測(cè)，證實(shí)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(chǎng)區(qū)域同樣也能存在的理論依據(jù)，離掀開(kāi)合聲波的神秘面紗又近了一步。

中國(guó)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(zhǎng) 曹晉濱：我們利用衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括粒子的、電磁場(chǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，提出了一個(gè)非線性波粒相互作用的物理過(guò)程，圓滿地解釋了在16萬(wàn)公里、距離地球比較遙遠(yuǎn)的非偶極磁場(chǎng)控制的區(qū)域，這個(gè)合聲波的產(chǎn)生機(jī)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(lái)嚴(yán)重毀傷效果，對(duì)人造衛(wèi)星、航天發(fā)射以及載人航天來(lái)說(shuō)是巨大的威脅，因此，深入研究和了解合聲波，對(duì)于保護(hù)人類(lèi)航天活動(dòng)具有十分重要的實(shí)際意義。

在人類(lèi)邁向太空的進(jìn)程中，高能粒子無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響和威脅著人造航天器，2003年10月，在由太陽(yáng)活動(dòng)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(zhǎng)，造成了國(guó)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(bào)廢，我國(guó)1990年發(fā)射的風(fēng)云一號(hào)B衛(wèi)星也是受到高能粒子影響提前報(bào)廢。

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

中國(guó)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(zhǎng) 曹晉濱：我們通過(guò)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(duì)高能電子輻射帶的演化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)，就可以減免對(duì)衛(wèi)星的損害。

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

中國(guó)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(zhǎng) 曹晉濱：因?yàn)楹下暡ㄍㄟ^(guò)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(huì)產(chǎn)生極光。

目前，北航科研團(tuán)隊(duì)的相關(guān)論文已經(jīng)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，國(guó)際同行專(zhuān)家評(píng)價(jià)，這項(xiàng)研究增強(qiáng)了我們對(duì)合聲波的理解，這將極大地提高我們對(duì)空間天氣的預(yù)報(bào)能力。