中国科学家团队在太空中首次记录到了“太空合声”。这一重大发现是由中国科学院院士曹晋滨领导的研究团队完成的,相关成果发表在了英国学术期刊《自然》上。

这项研究打破了关于合声波产生和传播机制的传统观点,发现了合声波产生的新机制——非线性波粒相互作用。地球的磁场深入太空,当磁力线受到宇宙空间带电粒子等扰动时,会激发出类似清晨鸟儿齐鸣合声的电磁波,这就是合声波。合声波是太空中幅值最强的电磁波动之一,自上世纪50年代以来一直是空间物理学研究的热点。

研究团队分析了国际地球磁层多尺度卫星(MMS)数年收集的数据,在距离地球超过16万公里的太空中首次发现了合声波。这种合声波的频率低于100赫兹,处于人类可听声波频率范围内。转化为音频输出后,得到的“太空合声”听起来不仅像鸟儿鸣叫,还有些像科幻作品中的太空鲸歌。

合声波的发现对理解空间基本科学问题具有重要意义,并在多方面具有实际影响。例如,它在地球辐射带的高能电子加速和极区脉冲极光的产生过程中起着关键作用,可以形成壮观的极光,同时也会影响空间天气变化,可能危害航天器的稳定运行和航天员健康。此次成果为空间天气的精确建模与预报研究提供了重要的理论支撑。

合声波的产生机制是通过非线性波粒相互作用。具体来说,这个过程涉及以下步骤:

地球磁场的深入太空:地球的磁场延伸到太空中,形成磁力线。

宇宙空间带电粒子的作用:当磁力线受到宇宙空间中的带电粒子(如太阳风中的粒子)的扰动时,会发生一系列物理过程。

激发电磁波:这些扰动激发出特定频率的电磁波,这些电磁波的频率特征类似于清晨鸟儿齐鸣的合声,因此被称为合声波。

非线性相互作用:在这些电磁波的形成过程中,非线性波动与粒子相互作用,这是合声波产生的一个关键机制。这种相互作用导致了电磁波能量的积累和频率的特定分布,形成了合声波。

合声波是太空中幅值较强的电磁波动之一,它们通常被认为主要出现在靠近地球的偶极磁场区域。然而,此次中国科学家团队的研究发现,合声波也可以在距离地球超过16万公里的遥远太空中被探测到,这改变了科学界对合声波分布和产生条件的传统认识。

合声波对人类的影响主要体现在以下几个方面:

空间天气影响:合声波在地球辐射带的高能电子加速和极区脉冲极光的产生过程中起着关键作用。这些现象是空间天气的一部分,空间天气的变化可以影响航天器的运行、通信和导航系统的可靠性,甚至对地面基础设施产生影响。

航天器安全:合声波产生的电磁环境可能会对在太空中运行的航天器造成损害,影响其电子设备的正常工作,甚至可能导致航天器故障。

航天员健康:在长期的太空任务中,如国际空间站上的航天员,可能会暴露在高能粒子和电磁辐射中,这些辐射可能包括合声波。长期暴露于这样的环境中可能会对航天员的健康造成不利影响。

科学研究:合声波的研究有助于我们更好地理解地球磁层与太阳风之间的相互作用,这对于空间物理学、地球科学等领域的研究具有重要意义。

技术发展:对合声波的研究可以促进相关技术的发展,例如改进航天器的防护措施、提高空间天气预报的准确性等。

环境监测:合声波可以作为监测空间环境变化的一种手段,有助于我们更好地预测和应对可能的空间环境事件。

虽然合声波本身对地面上的普通人类活动没有直接影响,但它们在空间环境中的作用可能会间接影响到人类社会的高科技活动,尤其是在航天和通信领域。因此,对合声波的深入研究对于保障这些领域的安全和稳定运行至关重要。