令人毛骨悚然的環球空間聲音

王莊林//編譯

我們知道聲音可以在太陽系的行星和衛星上傳播，因為這些地方有聲波傳播所需的介質，如大氣或海洋等。那么，真空中的情況又如何呢？

你的老師可能曾言之鑿鑿地告訴你，太空中是寂靜無聲的，在宇宙中，你就算大喊大叫，別人也聽不到。人們通常將其解釋為，太空是一個真空環境，缺乏聲音傳播所需的介質。

但這樣說并不對。太空中并非空無一物，而是存在少量粒子和游離的聲波。事實上，地球周圍的聲波對我們而言至關重要。而且這些聲音聽起來十分詭異。從本質上來說，聲波便是壓力的振動，可以在介質中傳播。在大多數情況下，這會使介質中的一連串分子相繼壓縮和舒張，通過分子自身的前后振動，產生“長江后浪推前浪”的效應。

地球表面有大量空氣，而在太空中，每平方厘米大小的空間中平均只有5個質子（由原子核和中子構成），差不多完全是空的——但也并不盡然。這里我們強調了“質子”，因為太空中雖然沒有氣體，但幾乎充滿了等離子體。

等離子體是一種特殊的物質狀態，由帶電粒子構成，因此等離子體擁有一些截然不同的特性。因此，等離子體可以產生電磁場，還能被電磁場所影響，可以產生等同于聲波的磁聲波。這正是我們研究磁聲波的原因。如果我們能預測磁聲波在地球周圍出現的時間、地點和原因，就能提前判斷衛星是否會受其影響，然后將衛星切換到安全模式。

據美國宇航局（NASA）戈達德太空飛行中心最近報道，為了研究環繞地球的輻射帶，NASA發射的環繞地球軌道的航天器，利用范艾倫探測器的兩個機器人探測器，能夠聽到周圍電子的反彈聲音。其感受結果是令人毛骨悚然，就像20世紀60年代科幻電影中的某種恐怖聲響，或者就像熱帶雨林中的幽靈聲音。

NASA首席科學家埃倫?斯托凡指出，沒有人能聽到人類在太空尖叫，但是利用范艾倫探測器的兩個機器人探測器能夠聽到恐怖如幽靈般的電子哨聲。斯托凡認為，因為地球周圍的外太空區域充滿了磁力線，在等離子體捕獲了高能粒子后圍繞著行星高速起舞。由于等離子體波的運動，這些電子在行星的電場和磁場中彈跳。當電場和磁場與粒子（如離子和電子）碰撞時形成波，有時會導致粒子運動速度比通常速度快。當它們加快速度的時候，我們就能聽到它們的聲音。

從地球外空間的聲音景觀來說，這些粒子和電子波浪發出的聲音取決于它們在地球周圍的位置。以哨聲波為例，這些等離子體波在地球周圍不同等離子體層中會發出不同的聲音。例如在地球周圍的某個區域，那里擠滿了冷等離子體，在等離子體波到達等離子體層之前，即可傾聽到哨聲波的聲音。這就好像技術人員正在天文館預熱面板上的激光表演。

另一方面，由離子和電子碰撞時產生的哨聲波，其模式波可以有一系列的頻率，因此聲音的質量也不同。例如，哨聲波現在的聲波模式是一個合唱波，合唱波是低能電子撞擊等離子體并與等離子體中的粒子分享能量的結果。當哨聲波在等離子體層內部傳播時，就會產生你聽到上升的雜亂音調，如同你突然身處充滿聒噪鳥鳴的鳥舍。科學家們將它稱作等離子體層嘶嘶聲。

“美國宇航局將這種環繞地球空間的聲音描述為無線電靜態聲波，”斯托凡說，“但對我來說，它聽起來更像是一個在太空服或潛水裝備呼吸的人的聲音。”

關于等離子體層聲波的理論，一個理論聯系了對電場和磁場與粒子（如離子和電子）碰撞時的嘶嘶聲，而另一個理論認為它實際上是合唱波已經滲透到了等離子體層。

恐怕你認為這又是NASA給人們編造一些新的花招來誘人視聽。其實，對于環繞地球空間聲音的探索與研究，確實很有科學價值。了解等離子體波與粒子相互作用的等離子體層可以更好地了解和預測空間天氣，可以幫助我們保護我們的衛星和太空通訊。

注：編譯據美國雜志《NASARoundup》2017年7月號、《MNN》網站2017年7月31日刊文等。