根据《自然》杂志近日发布的一项研究，一个由中国科学家领衔的研究团队，首次发现来自距离地球大约16.5万公里的外太空的“鸟鸣声”，论文的第一作者、北京航空航天大学副教授刘成明表示：“这段声音不仅像鸟鸣，还有点像科幻作品中的太空鲸歌。”

那么，这到底是咋回事呢？下面我们就来具体了解一下。

简单来讲，地球有一个强大的磁场，它除了可以让生活在地表的我们免受太阳风以及其他宇宙射线的侵袭之外，还在地球周围的空间中形成了一个巨大的“带电粒子运动场”，其中充斥着大量高速运动的带电粒子。

通常情况下，这些粒子都会在磁场的作用下沿着特定的轨迹运动，但当它们的运动轨迹受到扰动时（主要是太阳风），就有可能会像被拨动的琴弦一样，产生一种特殊的电磁波动，而这种波动就被科学家称为“合声波”（chorus waves）。

实际上，此次发现的“鸟鸣声”其实就来自“合声波”，由于这种“合声波”的频率不到100赫兹，刚好落在我们人类能够听到的声波频率范围内，因此在科学家通过技术手段将其转化成音频之后，我们就能听到与鸟儿鸣叫非常相似的“鸟鸣声”。

“合声波”的发现，可以追溯到上世纪50年代，此后几十年里，科学家观测到，这种特殊的电磁波动只存在于地球附近的磁场区域，尤其是在磁场呈现对称双极形态的区域，也就是偶极磁场最为常见，其最远距离也就是大约5.1万公里。

所以科学界普遍认为，“合声波”的形成依赖于地球附近磁场的规则构造，一旦离开了这些区域，它们就无法形成。

然而在此次研究中，科学家利用来自“地球磁层多尺度卫星”的观测数据，首次在距离地球大约16.5万公里的外太空，发现了“合声波”的存在。

科学家表示，这一发现令人意外，因为这个区域的地球磁场早已不再是规则的偶极磁场，而是呈现为极度扭曲和复杂的形态，过去的研究从未预料到，在这种复杂的磁场环境竟然也能生成如此清晰的“鸟鸣声”。

为了进一步揭示这些“合声波”的成因，研究团队对其展开了深入的研究，结果显示，在磁场高度扭曲的深空区域，电磁波动与粒子的能量交换不再遵循简单的线性关系，而是通过一种被称为“非线性波-粒子相互作用”的共振机制实现。其关键过程可以简单地概括为：

1、“电子空洞”（Electron Holes）的形成：在磁场紊乱的区域，电子分布极不均匀，形成局部“电子空洞”，即电子密度显著低于周围环境的区域。

2、共振电子流与能量提取：当高能电子穿过“电子空洞”时，其运动频率与磁场波动频率同步，触发电子回旋共振，此时，电子的动能被高效转化为波动能量，这一过程通过共振电子流实现，导致电磁波动频率快速上升，同时波动幅值非线性增长。

3、非均匀因子的作用：研究团队通过二阶非线性方程推导出，磁场强度的空间非均匀性（即非均匀因子）是触发“非线性波-粒子相互作用”的关键，当该因子达到特定阈值时，“电子空洞”与电磁波动之间的能量转移效率显著提升，使“合声波”能在复杂的非偶极磁场中持续存在。

科学家表示，此次发现证明了宇宙中任何有磁场和带电粒子的区域，都有可能产生“合声波”，也就是说，太阳系其他具有磁场的行星，也可能存在着类似的“鸟鸣声”。

参考资料：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