令人毛骨悚然的环球空间声音

王庄林//编译

我们知道声音可以在太阳系的行星和卫星上传播，因为这些地方有声波传播所需的介质，如大气或海洋等。那么，真空中的情况又如何呢？

你的老师可能曾言之凿凿地告诉你，太空中是寂静无声的，在宇宙中，你就算大喊大叫，别人也听不到。人们通常将其解释为，太空是一个真空环境，缺乏声音传播所需的介质。

但这样说并不对。太空中并非空无一物，而是存在少量粒子和游离的声波。事实上，地球周围的声波对我们而言至关重要。而且这些声音听起来十分诡异。从本质上来说，声波便是压力的振动，可以在介质中传播。在大多数情况下，这会使介质中的一连串分子相继压缩和舒张，通过分子自身的前后振动，产生“长江后浪推前浪”的效应。

地球表面有大量空气，而在太空中，每平方厘米大小的空间中平均只有5个质子（由原子核和中子构成），差不多完全是空的——但也并不尽然。这里我们强调了“质子”，因为太空中虽然没有气体，但几乎充满了等离子体。

等离子体是一种特殊的物质状态，由带电粒子构成，因此等离子体拥有一些截然不同的特性。因此，等离子体可以产生电磁场，还能被电磁场所影响，可以产生等同于声波的磁声波。这正是我们研究磁声波的原因。如果我们能预测磁声波在地球周围出现的时间、地点和原因，就能提前判断卫星是否会受其影响，然后将卫星切换到安全模式。

据美国宇航局（NASA）戈达德太空飞行中心最近报道，为了研究环绕地球的辐射带，NASA发射的环绕地球轨道的航天器，利用范艾伦探测器的两个机器人探测器，能够听到周围电子的反弹声音。其感受结果是令人毛骨悚然，就像20世纪60年代科幻电影中的某种恐怖声响，或者就像热带雨林中的幽灵声音。

NASA首席科学家埃伦•斯托凡指出，没有人能听到人类在太空尖叫，但是利用范艾伦探测器的两个机器人探测器能够听到恐怖如幽灵般的电子哨声。斯托凡认为，因为地球周围的外太空区域充满了磁力线，在等离子体捕获了高能粒子后围绕着行星高速起舞。由于等离子体波的运动，这些电子在行星的电场和磁场中弹跳。当电场和磁场与粒子（如离子和电子）碰撞时形成波，有时会导致粒子运动速度比通常速度快。当它们加快速度的时候，我们就能听到它们的声音。

从地球外空间的声音景观来说，这些粒子和电子波浪发出的声音取决于它们在地球周围的位置。以哨声波为例，这些等离子体波在地球周围不同等离子体层中会发出不同的声音。例如在地球周围的某个区域，那里挤满了冷等离子体，在等离子体波到达等离子体层之前，即可倾听到哨声波的声音。这就好像技术人员正在天文馆预热面板上的激光表演。

另一方面，由离子和电子碰撞时产生的哨声波，其模式波可以有一系列的频率，因此声音的质量也不同。例如，哨声波现在的声波模式是一个合唱波，合唱波是低能电子撞击等离子体并与等离子体中的粒子分享能量的结果。当哨声波在等离子体层内部传播时，就会产生你听到上升的杂乱音调，如同你突然身处充满聒噪鸟鸣的鸟舍。科学家们将它称作等离子体层嘶嘶声。

“美国宇航局将这种环绕地球空间的声音描述为无线电静态声波，”斯托凡说，“但对我来说，它听起来更像是一个在太空服或潜水装备呼吸的人的声音。”

关于等离子体层声波的理论，一个理论联系了对电场和磁场与粒子（如离子和电子）碰撞时的嘶嘶声，而另一个理论认为它实际上是合唱波已经渗透到了等离子体层。

恐怕你认为这又是NASA给人们编造一些新的花招来诱人视听。其实，对于环绕地球空间声音的探索与研究，确实很有科学价值。了解等离子体波与粒子相互作用的等离子体层可以更好地了解和预测空间天气，可以帮助我们保护我们的卫星和太空通讯。

注：编译据美国杂志《NASARoundup》2017年7月号、《MNN》网站2017年7月31日刊文等。