陪你去聽流星雨，落在地球上

陪你去聽流星雨，落在地球上

1833年，發生了人類有記錄以來最壯觀的天象——獅子座流星暴，在高峰時期，平均每秒有七顆流星划過夜空。

壯觀的流星雨除了供人欣賞以外，還提供了很多科學資料。次年，美國科學家Olmsted發表了一篇關於流星雨的科學研究，其中提到，很多人在看到流星的同時，也聽到了一種聲音。

這個現象十分有悖常理，因為小學生都知道，人類總是先看到閃電，在聽到雷聲，中間間隔大約數秒，這是由於光速比聲速快的緣故。但人類卻幾乎同時看到流星和聽到聲音。不妨做個簡單的估算，流星距離觀測者大約100km，閃電距離觀測者大約10km，那麼流星發光與聲響的間隔應該比閃電和雷聲的間隔大十倍，也就是幾分鐘，而不是幾乎同時。

這已經不是第一次人類聽到流星划過的聲音了，第一例記錄早在1714年，而這個現象直到2017年才被比較圓滿的解釋。

概括來說，流星體除了發出可見光外，還會產生一種低頻電磁波，低頻電磁波傳播到地面後，作用於一些物質，如同雨打芭蕉，產生聲波。因為可見光和低頻電磁波都以接近光速的速度傳播，因此才幾乎同時被人類聽到和看到。

詳細來說分三個過程：摩擦起電，電磁擾動，電聲轉換。

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摩擦起電

這裡的摩擦起電和常見的摩擦起電不同，當流星體進入大氣層後，在100公里左右的高度與大氣劇烈摩擦，溫度急劇升高，流星體本身也被大氣剝蝕。剝蝕而下的高溫物質發生電離，中性原子分離為離子和電子，一部分離子和電子重新組合為原子，同時釋放光子，這就是流星發出的可見光的大部分來源。還有一部分離子和電子沒能再次結合，而是在磁場的作用下越來越遠。離子由於較重，慣性較大，依然隨流星體向前運動。而電子質量很小，在磁場力的作用下，偏移了原來的軌跡。磁場就如同篩子，分開了電子和離子，而分開的電子和離子就產生了電場。

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電磁擾動

在平行磁場的方向上，電子和離子都可以近乎自由的移動，於是電場也沿著磁場一路到達了電離層的E層，這是一個電導率很高的區域。電場遇到了高電導率，就如同電池接上了導線，電流也就產生了。電流的產生又一定會伴隨著磁場的產生，變化的磁場一出現，電磁波也就出現了。

據估算，這種擾動的頻率在1Hz到500Hz之間，與人耳的聽覺範圍20~20000Hz有所重合。

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電聲轉換

電磁波必須轉化為聲音才能被人耳聽到。當低頻的電磁波傳播到地面附近，接觸玻璃、毛髮、衣物、草木等物質，能量將注入其中，產生周期性的加熱，並輕微的改變著物體的溫度，以及物體表面附近空氣的壓強和密度。空氣壓強的周期性變化，就是我們常說的聲波。

根據估算，從電離層中傳播而下的電磁波能量如果全部轉化為聲波，響度約為4分貝，和針落地的響度接近。電磁波只要有千分之一的能量轉化為聲波，理論上就可以被聽到。

在喧鬧的城市內，即使在深夜，聲音也很少低於10分貝，4分貝的聲響幾不可聞。不過如果真的有機會到達寂靜的郊外，又恰好看到了明亮的流星，請先別急著呼喊，趕快屏住呼吸，聽流星的聲音。

參考文獻：

Kelley, M. C., and C. Price (2017), On the electrophonic generation of audio frequency sound by meteors, Geophys. Res. Lett., 44, 2987–2990, doi:10.1002/2017GL072911.

Spalding, R., J. Tencer, W. Sweatt, B. Conley, R. Hogan, M. Boslough, G. Gonzales, and P. Spurny (2017), Photoacoustic sounds from meteors, Sci. Rep., 7, 41251, doi:10.1038/srep41251.

PKU-ISPAT

編輯：馬小涵(北京大學地球與空間科學學院2017級碩士）

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