NASA偵聽太空的聲音

太空非空，亦非靜。雖然號稱真空，但太空中包含受到磁場和電場約束的活躍帶電粒子，它們的行為與我們在地球上經歷的任何事物都不相同。在帶磁場的區域，比如環繞地球的太空環境中，粒子會不斷地被各種名為等離子體波的電磁波的運動扔過來扔過去。這些等離子體波就像是咆哮的海浪，形成有節奏的刺耳聲。利用合適的工具，我們就能聽到這些聲音。

就像是大海上翻滾的波浪或者大氣中移動的暴風雨鋒面，太空中的擾動會引起波。隨著波動的電場和磁場犁過組成等離子體的離子和電子團，推動它們加速，這些波就產生了。這種相互作用控制了近地空間中高能粒子的丟失與注入平衡。

credit: 煎蛋畫師PAX-12

塑造我們近地環境基礎的一種等離子體波是哨聲模波。這些波依靠它們穿行的等離子體發出獨特的聲音。例如，被稱為等離子體層的緊密環繞地球的區域中，冷等離子體相對稠密。在這一區域中穿行的波聽起來與外面的大不相同。雖然不同的哨聲模波發出不同的聲音，它們都以相同的方式運動，並具有相同的電磁性質。

當閃電擊中大地，放電也會觸發哨聲模等離子體波。其中某些波逃離大氣層，像碰碰車那樣沿著地球的南極和北極之間的磁場線彈跳。由於閃電形成各種頻率，而且高頻波傳播得更遠，波就會降調咆哮，使其得到了其名字——哨聲。

哨聲波

在等離子體層之外，等離子體變得稀薄和相對溫暖，哨聲模波主要形成升調的啾啾聲，就像是一群吵鬧的鳥兒。這種波被稱為合聲波，是在電子被推向地球的暗面之時形成，這在某些情況下可能是由磁場重連，即地球暗面糾纏磁場線的動態爆發造成的。當這些低能電子擊中等離子體，它們就會與等離子體中的粒子相互作用，影響它們的能量，形成獨特的升調。

合聲波

等離子體層中穿梭的哨聲模波被稱為等離子體層嘶聲，聽起來很像是電台靜音。某些科學家認為嘶聲也是由雷擊造成的，但其他人則認為可能是由泄漏到等離子體層的合聲波引起的。合聲波與嘶聲波都對塑造近地環境至關重要，包括環繞地球的環形高能粒子——范艾倫輻射帶。

NASA科學家們在范艾倫探測任務的幫助下，正在努力理解等離子體波的動態特性，以改善對太空天氣的預測，降低對衛星和通訊信號的影響。作為觀測的一部分，科學家們記錄了不同等離子體波發出的這些怪誕的聲音。

合聲波

NASA的兩艘范艾倫探測飛船利用名為波動電場和磁場測量儀器組件(EMFISIS)的儀器測量了近地環境中的電磁波。當飛船遇到波時，感測器就會記錄電場和磁場頻率的變化。科學家們將頻率移動到可聽範圍內，這樣我們就能聽到太空中的聲音了。

通過理解波與粒子之間的相互作用，科學家們能了解到電子是如何加速並從輻射帶逃逸的，有助於保護我們太空中的衛星和通訊。

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。Mara Johnson-Groh

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