1月23日，《自然》期刊在线报道了中国科学院院士、北京航空航天大学空间与地球科学学院教授曹晋滨团队与来自美国和瑞典的科研人员合作，在地球空间合声（chorus）触发机制领域取得的最新进展。该团队该工作打破了学术界关于合声波只能在地球偶极磁场控制的近地区域出现这一持续70多年的传统观点，首次发现在距离地球16万公里的非偶极磁场中性片区域也会出现合声波。

据论文第一作者、北航空间与地球科学学院副教授刘成明介绍，合声波（chorus waves）是地球和行星空间等离子体中幅值最强的电磁波动之一，在地球辐射带高能电子加速和极区脉冲极光的产生过程中起着关键作用。合声波能够低能电子加速成高能电子（MeV）形成地球辐射带杀手电子（killer electrons），危害航天器稳定运行和航天员健康安全，同时也可以散射电子，使其沿地磁场磁力线沉降至极区高层大气，进而与大气分子碰撞后形成地球上壮观美丽的脉动极光，还能够诱发嘶声波，改变近地空间高能电子辐射带结构，调制磁层-电离层耦合，进而影响空间天气发展和演化。

由于上述重要性，自上世纪50年代以来，合声波一直是空间物理学研究的前沿热点。通过近70年的卫星观测和理论研究，人们发现合声波主要发生在地球近地空间偶极磁场区域，地球空间地磁场磁力线就像两端固定在地球南北磁极区的琴弦一样，当太阳风能量进人地球磁层空间，并通过相关物理过程拨动这些琴弦时，就会激发频率特征类似于清晨鸟儿的齐鸣合奏的电磁波，因此称为合声，但由于相关空间等离子体物理过程的复杂性，直至今日，对合声波的产生和传播机制依旧充满争议，未有共识。

在研究中，刘成明等人在对合声波非线性理论进行深入研究后，认为合声波的产生是一个基本空间等离子体物理过程，不仅在传统观点认为的近地空间偶极磁场区域存在，在非偶极磁场区域也应该存在。

在对国际地球磁层多尺度卫星MMS海量数据分析后，他们首次在非偶极场结构的磁尾中性片区域发现了连续出现的合声波。这一新发现打破了学术界关于合声波只能在地球偶极磁场控制的近地区域出现这一持续70多年的传统观点。

英国皇家学会院士理查德?霍恩（Richard Horne）在评论文章中指出，这是一个非凡的发现。考虑到合声波能够加速电子到靠近光速，成为能够损毁卫星的杀手电子，从而影响地球高能电子辐射带的形成和演化。所以目前保护卫星的高能电子辐射带预报模型都包括合声波。该研究将加深人们对合声波的理解，极大地提高人们对高能电子辐射带的预报能力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08402-z