科学家发现遥远的“太空合声”

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  本报北京1月23日电（记者刘博超）合声波，是太空中幅值最强的电磁波动之一。70多年来，学术界普遍认为合声波只出现在靠近地球的偶极磁场区域。23日，学术期刊《自然》刊发了北京航空航天大学空间与地球科学学院曹晋滨院士团队刘成明等人与来自美国和瑞典的科研人员一起在地球空间合声触发机制领域取得的最新进展。联合团队首次发现在距离地球16万公里的非偶极磁场中性片区域也会出现合声波，其产生机制来自非线性波粒相互作用，与传统的合声波产生机制不同。

  地球空间地磁场磁力线就像两端固定在地球南北磁极区的琴弦一样，当太阳风能量进入地球磁层空间，并通过相关物理过程“拨动”这些琴弦时，就会激发频率特征类似于清晨鸟鸣的电磁波，科学界称为合声波。

  团队成员刘成明等人经研究提出，合声波的产生是一个基本空间等离子体物理过程，合声波不仅在传统观点认为的近地空间偶极磁场区域存在，在非偶极磁场区域也应该存在。

  团队分析了国际地球磁层多尺度卫星（MMS）数年收集的海量数据，首次在非偶极场结构的磁尾中性片区域发现了连续出现的合声波。而在传统合声波理论框架下，那里不应该存在合声波。

  合声波对理解空间基本科学问题有重要作用，有多方面实际影响。在地球辐射带高能电子加速和极区脉冲极光的产生过程中，合声波起着关键作用。合声波可以散射电子使其沿地磁场磁力线沉降至极区高层大气，进而与大气分子碰撞后形成地球上壮观美丽的极光；合声波能够将低能电子加速成高能电子，形成地球辐射带杀手电子，危害航天器稳定运行和航天员健康安全；合声波还能够诱发嘶声波，改变近地空间高能电子辐射带结构，进而影响空间天气发展和演化。

  英国皇家学会院士理查德·霍恩在《自然》配发的观点文章中指出，新发现的合声波在以往认为不可能出现的区域出现，是在一个惊奇区域的惊奇发现。首次观测到的相空间电子洞也是一个非凡的发现。这项工作将极大提高科学界在空间天气等方面的预测能力。