中外團隊“聽”到遙遠太空合聲波

北京航空航天大學空間與地球科學學院曹晉濱院士團隊的劉成明與合作者，首次聆聽到遙遠地球空間發出的合聲。該工作打破了學術界關于合聲波只能在地球偶極磁場控制的近地區域出現這一持續70多年的傳統觀點，并闡述了合聲波產生的新機制——非線性波粒相互作用。相關成果1月23日發表于《自然》雜志。

地球空間地磁場磁力線就像兩端固定在地球南北磁極區的琴弦一樣，當太陽風能量進入地球磁層空間，并通過相關物理過程撥動這些琴弦時，就會激發頻率特征類似于清晨鳥兒的齊鳴合奏的電磁波，科學界稱之為合聲。通過近70年的衛星觀測和理論研究，人們對合聲波已經有了較為全面的認識，發現合聲波主要發生在地球近地空間偶極磁場區域，但由于相關空間等離子體物理過程的復雜性，直至今日，合聲波的產生和傳播機制依舊充滿爭議，未有共識。

由北京航空航天大學團隊領銜、美國和瑞典同行參加的國際團隊分析了國際地球磁層多尺度衛星（MMS）數年收集的海量數據，首次在距離地球超過16萬公里的遙遠太空發現了合聲波，并給出非線性波動—粒子相互作用是這種合聲波發生原因的理論解釋。

“我們觀測到合聲波的頻率不到100赫茲，處于人類可以聽到的聲波頻率范圍，轉化為音頻輸出后，就得到一段能被我們聽見的‘太空合聲’。”論文第一作者、北京航空航天大學副教授劉成明說，“這段聲音不僅像鳥兒鳴叫，還有些像科幻作品中的太空鯨歌。”

英國皇家學會院士理查德·霍恩教授在評論文章中指出，新發現的合聲波是一個在令人驚訝的區域出現的令人驚訝的結果。同時，首次觀測到的相空間電子洞，是一個非凡的發現。“劉成明等人的工作將加深我們對合聲波的理解，極大地提高我們對高能電子輻射帶的預報能力。”