根據《自然》雜志近日發布的一項研究，一個由中國科學家領銜的研究團隊，首次發現來自距離地球大約16.5萬公里的外太空的“鳥鳴聲”，論文的第一作者、北京航空航天大學副教授劉成明表示：“這段聲音不僅像鳥鳴，還有點像科幻作品中的太空鯨歌。”那么，這到底是咋回事呢？下面我們就來具體了解一下。

簡單來講，地球有一個強大的磁場，它除了可以讓生活在地表的我們免受太陽風以及其他宇宙射線的侵襲之外，還在地球周圍的空間中形成了一個巨大的“帶電粒子運動場”，其中充斥著大量高速運動的帶電粒子。

通常情況下，這些粒子都會在磁場的作用下沿著特定的軌跡運動，但當它們的運動軌跡受到擾動時（主要是太陽風），就有可能會像被撥動的琴弦一樣，產生一種特殊的電磁波動，而這種波動就被科學家稱為“合聲波”（chorus waves）。

實際上，此次發現的“鳥鳴聲”其實就來自“合聲波”，由于這種“合聲波”的頻率不到100赫茲，剛好落在我們人類能夠聽到的聲波頻率范圍內，因此在科學家通過技術手段將其轉化成音頻之后，我們就能聽到與鳥兒鳴叫非常相似的“鳥鳴聲”。

“合聲波”的發現，可以追溯到上世紀50年代，此后幾十年里，科學家觀測到，這種特殊的電磁波動只存在于地球附近的磁場區域，尤其是在磁場呈現對稱雙極形態的區域，也就是偶極磁場最為常見，其最遠距離也就是大約5.1萬公里。

所以科學界普遍認為，“合聲波”的形成依賴于地球附近磁場的規則構造，一旦離開了這些區域，它們就無法形成。

然而在此次研究中，科學家利用來自“地球磁層多尺度衛星”的觀測數據，首次在距離地球大約16.5萬公里的外太空，發現了“合聲波”的存在。

科學家表示，這一發現令人意外，因為這個區域的地球磁場早已不再是規則的偶極磁場，而是呈現為極度扭曲和復雜的形態，過去的研究從未預料到，在這種復雜的磁場環境竟然也能生成如此清晰的“鳥鳴聲”。

為了進一步揭示這些“合聲波”的成因，研究團隊對其展開了深入的研究，結果顯示，在磁場高度扭曲的深空區域，電磁波動與粒子的能量交換不再遵循簡單的線性關系，而是通過一種被稱為“非線性波-粒子相互作用”的共振機制實現。其關鍵過程可以簡單地概括為：

1、“電子空洞”（Electron Holes）的形成：在磁場紊亂的區域，電子分布極不均勻，形成局部“電子空洞”，即電子密度顯著低于周圍環境的區域。

2、共振電子流與能量提取：當高能電子穿過“電子空洞”時，其運動頻率與磁場波動頻率同步，觸發電子回旋共振，此時，電子的動能被高效轉化為波動能量，這一過程通過共振電子流實現，導致電磁波動頻率快速上升，同時波動幅值非線性增長。

3、非均勻因子的作用：研究團隊通過二階非線性方程推導出，磁場強度的空間非均勻性（即非均勻因子）是觸發“非線性波-粒子相互作用”的關鍵，當該因子達到特定閾值時，“電子空洞”與電磁波動之間的能量轉移效率顯著提升，使“合聲波”能在復雜的非偶極磁場中持續存在。

科學家表示，此次發現證明了宇宙中任何有磁場和帶電粒子的區域，都有可能產生“合聲波”，也就是說，太陽系其他具有磁場的行星，也可能存在著類似的“鳥鳴聲”。

參考資料：Liu, C.M., Zhao, B.N., Cao, J.B. et al. Field–particle energy transfer during chorus emissions in space. Nature 637, 813–820 (2025). doi.org/10.1038/s41586-024-08402-z