■本报练习生 葛家诺 记者 倪思洁在众多无垠的宇宙中，有一种奥秘的“独唱”时辰在演出。“独唱”源自地球跟行星空间一种神奇的电磁稳定——合声波。它就像太空中的“减速器”，可能把低能量的电子减速到高能量状况，乃至激发地球上壮不雅的极光景象。奥秘的稳定背地暗藏着怎么的能量转移机制？它为何能在阔别地球的深空中发生？这些成绩困扰了迷信家70多年。直到近来，这一宇宙神秘才被揭开。克日，中国迷信院院士、北京航空航天年夜学教学曹晋滨团队与美国、瑞典的科研职员配合，在《天然》宣布研讨结果。他们初次在地球中性片观察到反复的回升调合声波，并提醒了背地的非线机能量转移机制。宇宙“减速器”：合声波的奥秘能量合声波，全称“哨声形式合声稳定”，是一种普遍存在于地球跟其余行星磁层的电磁稳定。其电磁旌旗灯号转化为声响后，好像凌晨群鸟的独唱。但是，合声波听起来美好，却暗藏着危急。合声波不只能将低能电子减速至百万电子伏特的高能状况，对航天器的稳固运转跟航天员的安康保险形成要挟，还与地球极区脉动极光的发生亲密相干。它乃至能转变近地空间高能电子辐射带构造，进而影响空间气象情况的开展与演变。自20世纪50年月以来，合声波始终是空间物理学研讨的前沿热门。只管合声波已被研讨了70多年，但其发生跟传布机制仍充斥争议。“探明合声波背地波及的基础等离子体物理进程，平等离子体相干范畴存在主要意思。”论文第一作者、曹晋滨团队成员刘成明指出，“比方，在核聚变范畴，它可能辅助咱们更好地舆解磁束缚困难。合声波研讨还可拓展至高能物理范畴。它能在极小的空间跟时光标准内将电子能量晋升5个数目级，是宇宙空间中已知的最强‘减速器’之一。”刘成明以为，合声波争议之以是连续70多年，重要起因在于合声波始终被以为与行星的偶极磁场亲密相干，以往的研讨重要会合在地球偶极磁场把持的近地域域，且从未直接丈量过合声波外部的能量交流。摸索“无人区”：中性片中的新冲破与以往研讨差别，曹晋滨团队另辟门路，将眼光聚焦于地球中性片这一特别地区。地球中性片位于地球磁场尾部，磁场构造庞杂且与地球偶极磁场的构造显明差别。研讨团队经由过程对美国国度航空航天局（NASA）的国际地球磁层多标准卫星（MMS卫星）观察数据停止剖析，初次在地球中性片发明了反复呈现的回升调合声波，并直接丈量了合声波外部的非线性场-粒子能量交流。从前，学术界始终以为合声波仅在地球偶极磁场把持的近地域域呈现。但新的研讨结果带来了差别的认知。“咱们发明，在间隔地球16万公里的非偶极磁场中性片地区也会呈现合声波，其发生机制与传统的合声波发生机制一模一样，来自非线性波粒彼此感化。”刘成明说明说，“这一发明象征着，合声波可能广泛存在于全部宇宙空间。”该结果极年夜拓展了合声波研讨的范畴。至于合声波是怎样发生的，研讨团队初次观察到“空穴”景象。这些“空穴”能够被抽象地舆解为电子在太空中“挖”出的小洞。在合声波中，电子的散布并不平均，在某些偏向上变得特殊稀少，从而构成“空穴”。这些“空穴”就像一个“能量发射器”，可能发射电磁波，即人们观察到的合声波。借助高时光辨别率的观察数据，研讨团队确认了合声波的部分天生是由电子活动惹起的，并量化了波与电子之间的能量转移速度。他们发明，波强度与能量转移速度存在强相干性，这标明更强的能量转移会发生更激烈的合声波。刘成明表现，这一新结果无望为无效防备或加重合声波的要挟供给实践支撑。“咱们的任务证明了电子洞或‘空穴’的要害感化。假如可能经由过程人工手腕弥补这些洞或‘空穴’，那么合声波将无奈发生，也就不会给咱们带来辐射迫害。”解锁“新暗码”：合声波的利用之路对该结果，英国皇家学会会士理查德·霍恩评估：“新发明的合声波在以往以为弗成能呈现的地区呈现，是一个在令人惊奇的地区呈现的令人惊奇的成果。同时，初次观察到的相空间电子洞是一个不凡的发明。这项任务不只加深了咱们对合声波的懂得，还将极年夜晋升咱们对高能电子辐射带的预告才能。”只有团队成员才晓得，这项研讨的挑衅性有多年夜。“咱们必需冲破本身认知的瓶颈，要晓得，传统认知积重难返。”刘成明说，团队深刻摸索非线性实践，对海量卫星数据停止了过细剖析，终极得以从传统认知的约束中摆脱出来。不只如斯，结果还阅历了更为严厉的测验。“咱们花了大批时光剖析数据、验证假设。”刘成明回想，“当咱们看到那些反复的回升调合声波时，才确信找到了新的货色。”谈及将来的研讨打算，刘成明说：“团队将持续深刻摸索合声波背地的非线性机制，特殊是其广泛性跟感化前提。咱们还将努力于合声波的防备跟把持研讨，助力空间气象的准确预告。盼望研讨可能为将来空间迷信摸索保驾护航。”他们也等待，有一天能在研讨进程顶用上我国的卫星数据。“现在海内尚无相似MMS卫星的数据，但信任将来会有良多。咱们等待能应用海内的卫星数据，进一步拓展合声波研讨。”刘成明说。相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08402-z