世界首次发现！来听距离地球16万公里的“太空合声”

地球磁力线像琴弦一样被宇宙空间带电粒子拨动，会发出什么样的声音？

来自北京航空航天大学的科研团队日前发布了一项最新的研究成果，他们在世界上首次发现了距离地球16万公里处遥远太空的“太空合声”，并发现了全新的合声波产生机制，突破了全球科学界在太空合声波研究领域延续70多年的传统认知。

北航团队首次发现遥远空间的“太空合声”

专家介绍，“太空合声”学名为合声波，是一种电磁波。传统观点认为它的产生与地球磁场有关，如果将地球磁场的磁力线想象为两端固定在地球南北磁极区的琴弦，当太阳风的能量到达地球时，与地球磁场相互作用，就激发出频率特征类似于清晨鸟儿的齐鸣合奏声的电磁波。

中国科学院院士 北京航空航天大学空间与地球科学学院院长 曹晋滨：太空合声就是空间中的一种低频的电磁波，它的频率可以从一百赫兹到几千赫兹。因为它的频谱特征，跟我们平常在地面上听的鸟鸣合声的频谱特征很相像，所以我们把它叫太空合声。

自20世纪50年代以来，全球与空间探索有关的科学家对合声波进行了大量观测研究，认为合声波主要发生在近地空间的地球偶极磁场区域。

北航科研团队利用一个科学探测器数年收集的海量数据，首次发现了距离地球16万公里处的合声波，同时还发现了全新的合声波产生机制，突破了全球科学界延续70多年的传统认知。

北京航空航天大学空间与地球科学学院副教授 刘成明：七十年来大家认为这个波只能存在于近地空间，在地球偶极磁场区里面，只能存在同步轨道附近这个区域，就没有人去想过这个波能不能在更远的地方，因为这个认识已经很久了，根深蒂固了。

“杀手电子”制造者的神秘面纱尚待揭开

北航科研团队的这一发现在全球学术界引起了高度关注，然而合声波，这种被科学家们赋予美好想象的太空自然现象，至今科学家们仍没有完全摸清它产生和传播的机制。

专家介绍，合声波作为地球和行星空间等离子体中幅值最强的电磁波动之一，具有能够将电子加速到接近光速的能量，一旦被加速，这些高能电子就变成了“杀手电子”，严重危害航天器稳定运行和航天员健康安全。

北京航空航天大学空间与地球科学学院副教授 刘成明：它不仅造成很大影响，甚至有时候可能会是致命性的。只需要很短的空间尺度，非常小的一段合声波，就会在几秒内，甚至零点几秒内，把电子加速，加速到很多很多数量级。

然而，这个来自太空的“杀手电子”制造者，却始终蒙着神秘的面纱，时至今日，科学界也没能全面掌握合声波的产生和传播机制。

这次北航研究团队通过观测，证实了合声波不仅在近地空间存在，在远离地球的非偶极磁场区域同样也能存在的理论依据，离掀开合声波的神秘面纱又近了一步。

中国科学院院士 北京航空航天大学空间与地球科学学院院长 曹晋滨：我们利用卫星的观测数据，包括粒子的、电磁场的观测数据，提出了一个非线性波粒相互作用的物理过程，圆满地解释了在16万公里、距离地球比较遥远的非偶极磁场控制的区域，这个合声波的产生机制。

深入研究“合声”为太空探索保驾护航

由于合声波产生的高能粒子，能够给人造航天器带来严重毁伤效果，对人造卫星、航天发射以及载人航天来说是巨大的威胁，因此，深入研究和了解合声波，对于保护人类航天活动具有十分重要的实际意义。

在人类迈向太空的进程中，高能粒子无时无刻不在影响和威胁着人造航天器，2003年10月，在由太阳活动引起的空间天气灾害事件中，地球空间高能粒子辐射通量急剧增长，造成了国际上多颗重要的科学研究卫星受到不同程度损坏甚至报废，我国1990年发射的风云一号B卫星也是受到高能粒子影响提前报废。

随着高能粒子对航天器所造成的威胁日益凸显， 在全球所有航天大国的空间天气预测系统中，合声波都是重要内容。

中国科学院院士 北京航空航天大学空间与地球科学学院院长 曹晋滨：我们通过研究合声波是怎么产生的，怎么加速高能电子的，我们就可以对高能电子辐射带的演化进行提前预报，就可以减免对卫星的损害。

除了危害之外，合声波还给地球带来诸多影响，其中，地球两极壮观美丽的脉动极光，就与合声波有着直接的关系。

中国科学院院士 北京航空航天大学空间与地球科学学院院长 曹晋滨：因为合声波通过跟电子共振可以加速，但满足一定的条件以后，它也可以散射电子。散射电子沿地球磁力线往两极走，撞击到极区高层大气的分子就会产生极光。

目前，北航科研团队的相关论文已经在国际知名学术期刊《自然》发表，国际同行专家评价，这项研究增强了我们对合声波的理解，这将极大地提高我们对空间天气的预报能力。

责任编辑：张丽艳