打破70年傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)：北航團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的“太空合聲”

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 梁丹）1月23日，《自然》期刊（Nature）在線(xiàn)報(bào)道了北京航空航天大學(xué)空間與地球科學(xué)學(xué)院曹晉濱院士團(tuán)隊(duì)劉成明等人與來(lái)自美國(guó)和瑞典的科研人員在地球空間合聲（chorus）觸發(fā)機(jī)制領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展，該工作打破了學(xué)術(shù)界關(guān)于合聲波只能在地球偶極磁場(chǎng)控制的近地區(qū)域出現(xiàn)這一持續(xù)70多年的傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)，首次發(fā)現(xiàn)在距離地球16萬(wàn)公里的非偶極磁場(chǎng)中性片區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)合聲波，其產(chǎn)生機(jī)制也與傳統(tǒng)的合聲波產(chǎn)生機(jī)制不同，來(lái)自非線(xiàn)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(qiáng)的電磁波動(dòng)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(guò)程中起著關(guān)鍵作用。從20世紀(jì)50年代以來(lái)，合聲波一直是空間物理學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。合聲的頻率譜呈準(zhǔn)相干的離散點(diǎn)，且頻率具有啁啾（chirp）特性，由于相關(guān)空間等離子體物理過(guò)程的復(fù)雜性，直至今日，對(duì)合聲波的產(chǎn)生和傳播機(jī)制依舊充滿(mǎn)爭(zhēng)議，未有共識(shí)。

劉成明副教授等人在對(duì)合聲波非線(xiàn)性理論進(jìn)行深入研究后，認(rèn)為合聲波的產(chǎn)生是一個(gè)基本空間等離子體物理過(guò)程，不僅在傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為的近地空間偶極磁場(chǎng)區(qū)域存在，在非偶極磁場(chǎng)區(qū)域也應(yīng)該存在。在對(duì)國(guó)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(chǎng)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(guān)點(diǎn)。這一新發(fā)現(xiàn)打破了學(xué)術(shù)界關(guān)于合聲波只能在地球偶極磁場(chǎng)控制的近地區(qū)域出現(xiàn)這一持續(xù)70多年的傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)。

英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士（FRS）Richard Horne教授在Nature評(píng)論文章中指出，新發(fā)現(xiàn)的合聲波在以往認(rèn)為不可能出現(xiàn)的區(qū)域（距離地球16萬(wàn)公里）出現(xiàn)，是一個(gè)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(shí)，首次觀(guān)測(cè)到的相空間電子洞，是一個(gè)非凡（remarkable）的發(fā)現(xiàn)。劉（成明）等人的工作并不僅僅具有學(xué)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(hù)衛(wèi)星的高能電子輻射帶預(yù)報(bào)模型都包括合聲波。劉（成明）等人的工作將加深我們對(duì)合聲波的理解，極大地提高我們對(duì)高能電子輻射帶的預(yù)報(bào)能力。