打破70年傳統認識：北航團隊發現遙遠的“太空合聲”

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 樑丹）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）觸發機制領域取得的最新進展，該工作打破了學術界關於合聲波只能在地球偶極磁場控制的近地區域出現這一持續70多年的傳統觀點，首次發現在距離地球16萬公里的非偶極磁場中性片區域也會出現合聲波，其產生機制也與傳統的合聲波產生機制不同，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脈衝極光的產生過程中起着關鍵作用。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。合聲的頻率譜呈准相干的離散點，且頻率具有啁啾（chirp）特性，由於相關空間等離子體物理過程的複雜性，直至今日，對合聲波的產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後，認爲合聲波的產生是一個基本空間等離子體物理過程，不僅在傳統觀點認爲的近地空間偶極磁場區域存在，在非偶極磁場區域也應該存在。在對國際地球磁層多尺度衛星MMS（Magnetospheric Multiscale Mission）海量數據分析後，首次在非偶極場結構的磁尾中性片區域發現了連續出現的合聲波，證明了新觀點。這一新發現打破了學術界關於合聲波只能在地球偶極磁場控制的近地區域出現這一持續70多年的傳統觀點。

英國皇家學會院士（FRS）Richard Horne教授在Nature評論文章中指出，新發現的合聲波在以往認爲不可能出現的區域（距離地球16萬公里）出現，是一個在令人驚訝（surprising）的區域出現的令人驚訝（surprising）的結果。同時，首次觀測到的相空間電子洞，是一個非凡（remarkable）的發現。劉（成明）等人的工作並不僅僅具有學術上的意義。考慮到合聲波能夠加速電子到靠近光速，成爲能夠損毀衛星的殺手電子，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。

作者：樑丹