突破70多年來的傳統認知！他們發現距地球16萬公里的“太空合聲”

地球磁力線像琴絃一樣被宇宙空間帶電粒子撥動，會發出什麼樣的聲音？

來自北京航空航天大學的科研團隊日前發佈了一項最新的研究成果，他們在世界上首次發現了距離地球16萬公里處遙遠太空的“太空合聲”，並發現了全新的合聲波產生機制，突破了全球科學界在太空合聲波研究領域延續70多年的傳統認知。

北航團隊首次發現遙遠空間的“太空合聲”

專家介紹，“太空合聲”學名為合聲波，是一種電磁波。傳統觀點認為它的產生與地球磁場有關，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的琴絃，當太陽風的能量到達地球時，與地球磁場相互作用，就激發出頻率特徵類似於清晨鳥兒的齊鳴合奏聲的電磁波。

中國科學院院士 北京航空航天大學空間與地球科學學院院長 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。因為它的頻譜特徵，跟我們平常在地面上聽的鳥鳴合聲的頻譜特徵很相像，所以我們把它叫太空合聲。

自20世紀50年代以來，全球與空間探索有關的科學家對合聲波進行了大量觀測研究，認為合聲波主要發生在近地空間的地球偶極磁場區域。

北航科研團隊利用一個科學探測器數年收集的海量數據，首次發現了距離地球16萬公里處的合聲波，同時還發現了全新的合聲波產生機制，突破了全球科學界延續70多年的傳統認知。

北京航空航天大學空間與地球科學學院副教授 劉成明：七十年來大家認為這個波只能存在於近地空間，在地球偶極磁場區裏面，只能存在同步軌道附近這個區域，就沒有人去想過這個波能不能在更遠的地方，因為這個認識已經很久了，根深蒂固了。

“殺手電子”製造者的神秘面紗尚待揭開

北航科研團隊的這一發現在全球學術界引起了高度關注，然而合聲波，這種被科學家們賦予美好想象的太空自然現象，至今科學家們仍沒有完全摸清它產生和傳播的機制。

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，具有能夠將電子加速到接近光速的能量，一旦被加速，這些高能電子就變成了“殺手電子”，嚴重危害航天器穩定運行和航天員健康安全。

北京航空航天大學空間與地球科學學院副教授 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，甚至零點幾秒內，把電子加速，加速到很多很多數量級。

然而，這個來自太空的“殺手電子”製造者，卻始終蒙着神秘的面紗，時至今日，科學界也沒能全面掌握合聲波的產生和傳播機制。

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

中國科學院院士 北京航空航天大學空間與地球科學學院院長 曹晉濱：我們利用衞星的觀測數據，包括粒子的、電磁場的觀測數據，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、距離地球比較遙遠的非偶極磁場控制的區域，這個合聲波的產生機制。

深入研究“合聲”為太空探索保駕護航

由於合聲波產生的高能粒子，能夠給人造航天器帶來嚴重毀傷效果，對人造衞星、航天發射以及載人航天來説是巨大的威脅，因此，深入研究和了解合聲波，對於保護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程中，高能粒子無時無刻不在影響和威脅着人造航天器，2003年10月，在由太陽活動引起的空間天氣災害事件中，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研究衞星受到不同程度損壞甚至報廢，我國1990年發射的風雲一號B衞星也是受到高能粒子影響提前報廢。

隨着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測系統中，合聲波都是重要內容。

中國科學院院士 北京航空航天大學空間與地球科學學院院長 曹晉濱：我們通過研究合聲波是怎麼產生的，怎麼加速高能電子的，我們就可以對高能電子輻射帶的演化進行提前預報，就可以減免對衞星的損害。

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，就與合聲波有着直接的關係。

中國科學院院士 北京航空航天大學空間與地球科學學院院長 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後，它也可以散射電子。散射電子沿地球磁力線往兩極走，撞擊到極區高層大氣的分子就會產生極光。

目前，北航科研團隊的相關論文已經在國際知名學術期刊《自然》發表，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報能力。