中外團隊“聽”到遙遠太空合聲波
北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)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(fā)出的合聲。該工作打破了學(xué)術(shù)界關(guān)于合聲波只能在地球偶極磁場控制的近地區(qū)域出現(xiàn)這一持續(xù)70多年的傳統(tǒng)觀點，并闡述了合聲波產(chǎn)生的新機制——非線性波粒相互作用。相關(guān)成果1月23日發(fā)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(qū)的琴弦一樣，當(dāng)太陽風(fēng)能量進入地球磁層空間，并通過相關(guān)物理過程撥動這些琴弦時，就會激發(fā)頻率特征類似于清晨鳥兒的齊鳴合奏的電磁波，科學(xué)界稱之為合聲。通過近70年的衛(wèi)星觀測和理論研究，人們對合聲波已經(jīng)有了較為全面的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)合聲波主要發(fā)生在地球近地空間偶極磁場區(qū)域，但由于相關(guān)空間等離子體物理過程的復(fù)雜性，直至今日，合聲波的產(chǎn)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(xué)團隊領(lǐng)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(wèi)星（MMS）數(shù)年收集的海量數(shù)據(jù)，首次在距離地球超過16萬公里的遙遠太空發(fā)現(xiàn)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(fā)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(zhuǎn)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(xué)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(xué)會院士理查德·霍恩教授在評論文章中指出，新發(fā)現(xiàn)的合聲波是一個在令人驚訝的區(qū)域出現(xiàn)的令人驚訝的結(jié)果。同時，首次觀測到的相空間電子洞，是一個非凡的發(fā)現(xiàn)。“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(yù)報能力。”
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