打破70年傳統(tǒng)認識：北航團隊發(fā)現(xiàn)遙遠的“太空合聲”

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 梁丹）1月23日，《自然》期刊（Nature）在線報道了北京航空航天大學空間與地球科學學院曹晉濱院士團隊劉成明等人與來自美國和瑞典的科研人員在地球空間合聲（chorus）觸發(fā)機制領域取得的最新進展，該工作打破了學術(shù)界關(guān)于合聲波只能在地球偶極磁場控制的近地區(qū)域出現(xiàn)這一持續(xù)70多年的傳統(tǒng)觀點，首次發(fā)現(xiàn)在距離地球16萬公里的非偶極磁場中性片區(qū)域也會出現(xiàn)合聲波，其產(chǎn)生機制也與傳統(tǒng)的合聲波產(chǎn)生機制不同，來自非線性波粒相互作用。

合聲波（chorus waves），是地球和行星空間等離子體中幅值最強的電磁波動之一，在地球輻射帶高能電子加速和極區(qū)脈沖極光的產(chǎn)生過程中起著關(guān)鍵作用。從20世紀50年代以來，合聲波一直是空間物理學研究的前沿熱點。合聲的頻率譜呈準相干的離散點，且頻率具有啁啾（chirp）特性，由于相關(guān)空間等離子體物理過程的復雜性，直至今日，對合聲波的產(chǎn)生和傳播機制依舊充滿爭議，未有共識。

劉成明副教授等人在對合聲波非線性理論進行深入研究后，認為合聲波的產(chǎn)生是一個基本空間等離子體物理過程，不僅在傳統(tǒng)觀點認為的近地空間偶極磁場區(qū)域存在，在非偶極磁場區(qū)域也應該存在。在對國際地球磁層多尺度衛(wèi)星MMS（Magnetospheric Multiscale Mission）海量數(shù)據(jù)分析后，首次在非偶極場結(jié)構(gòu)的磁尾中性片區(qū)域發(fā)現(xiàn)了連續(xù)出現(xiàn)的合聲波，證明了新觀點。這一新發(fā)現(xiàn)打破了學術(shù)界關(guān)于合聲波只能在地球偶極磁場控制的近地區(qū)域出現(xiàn)這一持續(xù)70多年的傳統(tǒng)觀點。

英國皇家學會院士（FRS）Richard Horne教授在Nature評論文章中指出，新發(fā)現(xiàn)的合聲波在以往認為不可能出現(xiàn)的區(qū)域（距離地球16萬公里）出現(xiàn)，是一個在令人驚訝（surprising）的區(qū)域出現(xiàn)的令人驚訝（surprising）的結(jié)果。同時，首次觀測到的相空間電子洞，是一個非凡（remarkable）的發(fā)現(xiàn)。劉（成明）等人的工作并不僅僅具有學術(shù)上的意義?？紤]到合聲波能夠加速電子到靠近光速，成為能夠損毀衛(wèi)星的殺手電子，從而影響地球高能電子輻射帶的形成和演化，所以目前保護衛(wèi)星的高能電子輻射帶預報模型都包括合聲波。劉（成明）等人的工作將加深我們對合聲波的理解，極大地提高我們對高能電子輻射帶的預報能力。