U.S.宇宙航香港行政局卫星捕捉到地球,猜你不领会

等离子体可以产生等同于声波的磁声波,乐器和桌面会因压力产生振动,9月5日这两颗卫星捕捉到地球磁气圈发出的这种无线电波

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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,你就是喊破喉咙,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。

“在太空,没有人能听见你的尖叫。”这是着名科幻电影《异形》的经典宣传语,这句话总是让人感到背脊发凉。许多人认为,太空是寂静的,太空里十分渺小的太阳系当然也是无声而荒凉的,你在太阳系其他天体上的求救声会被埋没在太阳系中。

美国宇航局卫星捕捉到地球“歌声”似鸟鸣

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但事实果真如此吗?太阳系真的一点声音都没有吗?

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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。

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当带电太阳粒子撞上地球周围的辐射带内侧和外侧时,它们会被地球磁场捕获,并被迫突然移动位置,发出你能在上面的视频里听到的声音。

事实上,地球周围的声波对我们的生存而言至关重要。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。

如何听到声音?

北京时间9月24日消息,据《每日邮报》报道,最近,今年8月30日发射升空的美国宇航局的姊妹卫星——辐射带风暴探测器捕捉到地球发出的啁啾声和口哨声,这是地球传入深空的歌声。9月5日这两颗卫星捕捉到地球磁气圈发出的这种无线电波。

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在我们熟知的世界里,声音是普遍存在的,无论是风吹树叶,还是鸟叫蝉鸣,亦或是乐队表演,都能发出不一样的声音,而且我们都能听到这些声音。那我们是如何听到这些声音的?

这种声音是众所周知的“地球大合唱”,单凭人耳就能听到,也就是说,如果你在太空里能把头盔摘下来,就有可能听到这种声音。美国爱荷华大学的克雷格-克雷特金是这两颗姊妹卫星上的电场与磁场仪器套件及综合科学仪器的主要研究人员。他说:“几十年前人们就知道地球的大合唱。无线电接收器也曾接收到它,这种声音听起来很像鸟儿的鸣叫声。早晨更易接收到地球的歌声,这也是叽叽喳喳声有时被称之为‘破晓时的鸟鸣声’的原因。”

地球表面有大量空气,平均每平方厘米的地面上便含有3×1020个气体分子。而在太空中,同样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。

要回答这个问题,我们需要先了解声音是如何产生的。当物体发生振动,如我们演奏乐器、拍打桌面时,乐器和桌面会因压力产生振动,这些振动会造成周围空气分子的彼此碰撞,然后发生振动。由于空气分子是接连振动的,分子上下往复运动,看上去就像起起伏伏的波一样,最后就会产生压力波即声波。

这种无线电波的频率处在人耳能够听到的范围,然而不幸的是,你可能需要置身太空,而且不能戴头盔,才有可能听到地球大合唱,从医学上来说,这么做是不可取的。而且你还会遇到的问题,是声音无法在真空环境下传播。这是由地球磁气圈上层的高能粒子在受到地球周围的辐射带影响,突然发生位移前发出的声音。两颗卫星一前一后,沿着一条椭圆形轨道围绕地球运行,它们有时下降到距离地球375英里的地方,有时又升至地球上空高达2万英里的地方。它们主要是用来研究地球周围的范艾伦带,特别是组成辐射带的不同粒子。范艾伦带是由被地球磁场俘获的粒子流组成的,这些粒子通过太阳风抵达地球附近,并被地球磁场俘获。

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。例如,它们可以产生电磁场,还能被电磁场所影响。因此,等离子体可以产生等同于声波的磁声波。

声波和水波、地震波一样,是一种机械波。要想形成机械波,不仅要有决定机械波频率的振源也就是波源,还要有特定介质如空气、水和固体等,并且当介质不同时,机械波传播的速度也不同。一般来说,机械波在固体中的传播速度大于液体,液体中的传播速度大于气体。

约翰霍普金斯大学应用物理实验室的项目助理科学家尼基-福克斯说:“如果你想象海洋里漂浮着两个浮标,只有一个浮上水面又沉下去,你并不清楚是什么原因导致它上下起伏的。如果两个都同时浮起来,你将猜到是一种因素同时对它们产生了影响。如果一个浮起来,接着另一个又浮起来,你就能计算出波浪在它们之间的传播速度,以及波浪的传播方向。要是只有一个浮上来,又沉下去,浮标将呆在原地,不会漂向任何方向。为了真正了解我们的辐射带里的这些特征,我们有两艘飞船正在进行相关研究。”克雷特金在爱荷华大学主持这项研究是有其目的的,因为这里是詹姆斯-范-艾伦20世纪50年代首次研究范艾伦带的地方。

和声波一样,磁声波也属于压缩波,只不过它具有磁性。我们在太空中是听不见磁声波的,因为它们的声压量级太低,仅有-100分贝。除非我们的鼓膜像地球那么大,才能听到这些声音。

当声波在介质中传播并接近人类,人的耳廓会收集声波,收集的声波沿着耳道继续进行传播。当声波通过耳道接触到鼓膜时,鼓膜发生振动,引发鼓膜内的听小骨振动,声波被转换为固体振动。紧接着,耳蜗接收这种振动,并将这种振动转换为神经冲动。神经冲动传导进大脑皮层的听觉区域。经过大脑的处理,人就能听到声音。

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此外,这些声音的频率也太低,超出了我们的听力下限。那么,既然我们听不见这些声音,为什么还要关注它们呢?

用电磁波听声音

地球的上空包围着一层磁气圈,保护我们不受各种太空辐射的伤害。而这些磁声波可以在磁气圈中传播能量。例如,它们可能会将能量传递给地球周围一圈轮胎状的“辐射带”,从而创造出能量极高的“杀手电子”。我们若不当心,这些粒子就会对卫星造成破坏。

由此看来,如果没有介质,即便物体发生振动,声波也无法传播,也就无法产生声音。因此,有很多人认为,由于太阳系中没有像空气那样的特定介质,所以也就没有声音。

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。我们可以地球同步卫星来聆听这些声音。它们不仅能预测天气,还能用“磁力麦克风”来探测磁力波。

实际上这样的想法有点狭隘了。当我们谈到声音,总是只想起需要介质传播的声波产生的声音,如彼此交谈时通过空气传播进彼此大脑的声音,但是有很多声音并不需要通过介质传播,比如我们可以通过无线广播,听到来自千里之外的广播电台主持人的声音,这些声音就是通过电磁波传播的。

而科学家需要将这些磁力波与空间中的其它各种声音区分开来。幸运的是,人类的听觉系统非常擅长这一类工作,甚至有人将其称为最优秀的声音识别软件。因此,我们可以在各位的帮助下完成这项任务。

电磁波包含了无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线等种类。它和声波不是一类波,而且不能被人耳直接听到。虽然电磁波不像声波,可以直接让人们听到声音,但电磁波也有着声波没有的特性——可以在太空中传播。

科学家对这些太空中的声音做了放大处理,并将一整年中收听到的声音压缩成了6分钟,上传到了Soundcloud网站上。你可以亲自去听听看,然后在评论里对你听到的声音进行描述。这些声音包含的信息量很大,不过人们的评论能够帮助科学家识别不同类型的声波,并推动科研工作。

我们知道,太空其实并不是严格意义上的真空,相反地,太空中有很多带能量的粒子,这些粒子在天体电磁场的影响下会产生波动,并以电磁波的方式传播,而不同的电磁场环境下,产生的电磁波的频率等信息也不一样。也就是说,每个天体可能都会产生带有自己独特信息的电磁波。

所以去听一听这些奇怪的太空声音吧,只有你才知道自己究竟听到了什么。

这些携带特殊信息的电磁波吸引了科学家们的注意。科学家们认为,可以用宇宙射线捕捉器捕捉这些电磁波,并将电磁波携带的信息传送回地球,进行研究。

本文转载自新浪网

当然,前文也提到,即使这些电磁波一直萦绕在我们耳边,人类不能直接通过这些电磁波听到声音,因此带回地球的数据还需要用特殊仪器,调试成人类可以听得见的声音。所以我们听到的天体声音,实际上是这些电磁波经过调试、转换过来的声音。

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千奇百怪的天体“曲风”

由于每个天体产生的电磁波信息都不一样,被转换过后的天体“曲风”也是千奇百怪的。

科学,在太阳系这个如此庞大的“交响乐队”中,声音最大的“乐器”应当来自太阳系的中心——太阳。太阳看上去是如此地热情和火辣,但它的声音却低沉而有力,有时还会发出有节奏的类似击鼓的声音,这可能是太阳上的核聚变带来的电磁辐射转换成的声音。

相比较之下,金星的“曲风”要比太阳的音调稍高一点。金星转换出的声音像是寺庙的钟声,悠扬而绵长;又像是比较沉闷的火车鸣笛声,类似于“呜呜呜”的声音。

地球最好的兄弟——火星,它的声音就像大风刮过铁门锁住的怪兽,大风刮过的强烈声响,加上怪兽反复撞击铁门的声音,使得火星听上去像是一个地处荒凉地带的怪兽监狱。

土星则是最佳的恐怖片“配乐”。它那高亢的声调像是持续又刺耳的尖叫,听着土星的声音就像在观看一部经典鬼片,它巨大的土星环和刺耳的惨叫声让人不禁想起被恐怖片支配的恐惧,令人不寒而栗……

科技的发展使得我们不再局限于地球上多种多样的声音,我们已经可以聆听太阳系“交响乐队”带来的“交响曲”,它既嘈杂又奇特。也许在不久之后,我们可以聆听整个宇宙的声音。