電磁波音

電磁波音是指在特殊情況下電磁波轉換為聲波進而被人們聽見的聲音。這種聲音一般在大型流星，即火流星的墜落過程中產生。英文為electrophonic sound。亦有人認為其他一些不尋常的聲音也屬於電磁波音。比如在閃電出現的一瞬間聽見的異響，或是伴隨極光發生的聲音。下文中主要對火流星的電磁波音進行說明。總覽.關於人們聽見有聲音隨火流星發生的記錄已經存在了很長時間。其特點是在看見火球的同時就能聽見聲音。據流星觀測者描述，它聽起來像是連續的呼嘯聲、嘶嘶聲或短暫的噼啪聲。考慮到流星一般距觀測者有數十千米以上，如果聲源是流星本身，那麼聲波從流星所在位置傳播到地面的觀測者至少也要幾分鐘的時間，而這與觀測者的體驗明顯不符。由於難以給出科學的解釋，同時發生頻率又很低，長期以來人們一直懷疑這種聲音是否只是幻覺。在20世紀60年代有理論提出流星音是由強靜電場產生的電暈放電聲，但是並沒有引起多大關注，相信這種聲音實際存在的研究人員少之又少。直到1980年才出現轉機，有人將電磁波音作為實際的現象來進行科學研究。 澳大利亞紐卡斯爾大學的天文學家柯林·凱伊(Colin Keay)提出理論稱，流星的等離子體所產生的電磁波段頻率覆蓋了聽頻範圍，即人耳能聽到的聲波頻率範圍。這部分電磁波以光速到達觀測者，並在適當的條件下轉換為聲波，進而被觀測者聽到。凱伊還在實驗室證明了低頻無線電波確實可以透過與某些結構的互動作用而發出聲音，並且成功將它錄了下來。雖說如此，有不少觀測結果與凱伊的理論預測並不一致。而且這種電波具體怎樣產生，又如何轉換為強到能被聽見的聲波？這些機制都不清楚，這使得電磁波音仍然是一種罕見而神秘的自然現象。流星的電磁波音.流星音.從地球上觀測，微小的流星體以每秒數十千米的高速在太陽系內飛行，當它們進入地球高層大氣時會與大氣分子劇烈碰撞，導致流星體與大氣分子的電子軌道向更高能態移動(激發)，甚至直接剝離電子(電離)產生電漿柱。這些處於激發態的粒子衰變時會以發射光子的形式釋放出能量，這就是我們看到的流星。而這種發生在上層大氣的現象一般都距離地面數十千米以上。火流星在天空中劃過的同時雖然也會產生音爆，但音爆到達地面時已經是看到火球數分鐘之後的事情了。這種聽起來像是大炮或是雷聲的音爆經常在巨大火流星發生時被觀測到。另一方面，如果確實有聲音與流星同時發生的話，與上述的音爆相比顯然需要別的物理機制來解釋。遺憾的是不僅機制尚且未知，觀測到這種聲音的例子也不多，而且聲音形式各種各樣並不一致。因此學術上經常被解釋為心理效應或是與其他聲音的混淆，更有的就單純忽視掉這種讓人懷疑的記錄。但是，對這種現象有興趣的研究人員已經收集了數百份記錄和證詞，表現形式多種多樣，例如： 。對這種現象感興趣的俄羅斯天文學家維塔利·亞歷山德羅維奇·布朗斯坦(--, Vitalii A. Bronshten)說，實際上，其中一些報道“不光是在看見火球之前就聽到，而且正是這些聲音才使得目擊者注意到天空中的飛行物。 ”顯然，全部用心理效應或是單純的誤聽之類的主觀原因來解釋這些記錄是說不通的。低頻無線電波解釋.儘管有這麼多難以忽視的報道，但是想要對其作出理論解釋並不是一件容易的事情，尤其是這些現象都非常罕見且難以預測，因此難以確保在受控環境中的可重複性。凱伊推測一個人即使每天都在野外過夜，一生中大概也就只能聽見一次這種聲音。 此外，如果這種現象確實存在的話，只有電磁波能作為聲音的合理傳播手段，但是並未觀測到流星產生出可見光之外的強電磁波。此外，電磁場或是電磁場的變化在自然環境中產生聲音的的唯一突出示例是強靜電場產生的電暈放電聲。要從物理上證明流星音的存在雖然仍存在以上困難，但也不是完全沒有頭緒。 首先雖然並沒有實際觀測到流星產生的低頻無線電波，但是也沒有否認這種可能性。同時據報道，在核試驗中，爆炸和地磁場相互作用產生的強烈低頻電磁脈衝曾經使參加試驗計程車兵聽到聲音。柯林·凱伊在調查了1978年澳大利亞新南威爾士州巨大火流星事件中人們聽到聲音的證詞後，於1980年提出一種被形容為磁性義大利麵的理論，該理論認為火流星傳遞出來的是與人類聽頻範圍恰好重合的低頻無線電波。維塔利·A·布朗斯坦則進一步細化了凱伊的想法：從磁流體力學的分析上來看，當等離子體的電導率足夠高時，地磁場的磁力線將會“糾纏”在等離子體流體上，湍流像義大利麵一樣將地磁力線捲入其中。結果雖然磁場會被加強，但是轉瞬之後這種狀態就會崩潰，同時產生數千赫頻段的無線電波。具體來說，強磁場會存在數毫秒，當它崩潰時，其能量中的約千分之一會轉換為無線電波。由於高速的流星粒子動能非常大，即使這些能量中只有極小部分能轉換為聲波，那麼就“足以讓人聽見颼颼或嗡嗡的聲音。” 。根據分析，火流星等離子體的電導率必須足夠高才能產生出上述效果，這使得火流星的大小存在一個閾值：其亮度下限為-12等，這幾乎比得上滿月的亮度。火流星的電磁波音被大致分為兩種，一種是能連續聽見的雜音，另一種則是轉瞬即逝的破裂音。除了凱伊和布朗斯坦的理論外，馬丁·比奇等人在1999年提出一種理論，稱轉瞬即逝的破裂音是由強電磁脈衝造成的。根據該理論，在等離子體中傳遞的衝擊波會劇烈地擴散電子從而在瞬間產生強電場。產生此類聲音所需的火球亮度比磁性義大利麵理論的要求要小，只需要-7等就行。即使按照這些理論，火流星確實產生了電磁波，通常情況下人類也無法直接感知到可見光之外的波段。雖然有弗雷效應和經顱磁刺激之類的事例表明，微波以及強烈的磁場變化有時能直接作用於內耳道和大腦從而產生聽覺，但是目前並沒有理論和實驗證明使用前述頻段的電磁波也能達到同樣的效果。凱伊等人為了驗證在聽頻範圍頻段內的電磁波能否轉換為聲音，在隔音室內對採坐姿的被試者進行了實驗。結果表明，在峰值160V/m並以4kHz頻率變化的電場下，一部分被試者確實聽見了聲音。從這部分容易感知到聲音的人的特徵來推斷，凱伊認為是頭髮或眼鏡之類的隨身物品充當了將電磁波轉換為聲音的換能器功能。電磁波的監測與錄下電磁波音.為了驗證該理論，人們調查了是否真的有甚低頻電波伴隨火流星放射的案例。但是大顆的流星本身就很罕見，其中伴隨放出電磁波的情況推測會更加稀少，因此一開始並沒有多少事例被找到。1981年，日本的渡邊堯等人在日語無線電雜誌上提出首次報告，他寫到在英仙座流星雨期間有短於1/5秒的電磁脈衝伴隨-6等流星放出。 隨後直到1993年才由比奇等人在觀察了80個小時的流星群后確認有一例-10等火流星伴隨有電磁波放出。 再之後隨著對獅子座流星雨的觀測，才有更多的甚低頻電波接收事例被報告出來。1998年，克羅埃西亞團隊Dejan Vinković等人在蒙古嘗試對獅子座流星雨產生的電磁波與電磁波音進行錄製。結果他們成功錄下了-6.5等與-12等的兩個火流星發出的聲音，聽起來都像是“乓”的一聲，頻率低於250Hz。他們同時還監測了頻率高於500Hz的電波，但未能發現錄下的聲音與電波具有相關性。 以電磁波音為主題，Vinković等人在2002年發表了近百件系統性的調查結果。按照這些調查，許多隻有-2等的流星也出現了電磁波音，這比之前的理論預測亮度要低了不少。與此同時，別的研究中亦有記錄表明，伴隨有電磁波音的人造衛星墜落過程中發生了頻率低於10Hz的地磁場變化。而在流星雨期間則檢測出了數百Hz以下的電場變化與電磁波音具有相關性。這些事例都表明目前對於電磁波音產生機制的理解還相當不充分。近年來的記錄則主要由業餘天文學家們做出，他們將VLF無線電探測與高靈敏度攝像組合進行了觀測。而且，在2013年發生了伴隨巨大爆炸的車里雅賓斯克超級火流星事件，對這次事件進行了詳細分析的國際共同研究論文也提到了電磁波音的出現。比如一名電工在天上的流星最為閃耀的時候聽見了彷彿是變壓器的沉悶嗡嗡聲，而一名司機則報告說在看見流星之前聽見像是2架戰鬥機發出的轟鳴，還有物理學者聽見如同油在滾熱的煎鍋上跳動一般的聲音。但這三個人中沒有一個人配戴能起到換能器作用的眼鏡。而且當地電力公司預測會發生強烈低頻電磁波浪湧的跡象也並未出現。在因特網上收集到1674個人的目擊情報則顯示有198個人在看見火流星的同時聽見了聲音。關於流星音的歷史.自蘇美爾時期以來就有關於流星音的記錄出現。中國北宋朝代成書的新唐書中提到896年有一顆流星發出了鳥群飛過的聲音。11世紀的阿拉伯半島也存在記錄有著“響亮的聲音和耀眼光芒"的流星雨。 除此以外，雖然不清楚到底是電磁波音還是音爆，日本書紀中也記錄有637年發生的火流星(天狗)產生了打雷一般的聲響。在古希臘的世界觀裡，亞里斯多德將流星解釋為一種類似於天氣的現象。一直到17、18世紀，人們依然對流星的真面目一無所知。當時理性主義與近代科學逐漸興起，人們開始要求對於觀測記錄做出合理解釋。因此到了17世紀下半葉，開始有人指出這種聲音是從流星傳播過來的說法很不合理。在1676年有一顆巨大火球從亞得里亞海橫跨義大利飛向科西嘉海峽，著名天文學家愛德蒙·哈雷在1714年對其進行了研究。 這顆火流星在有的地方看起來甚至比月亮還要大，同時帶有煙花一樣的颼颼聲，又有像大炮的聲音，最後又變成像是馬車在石頭上駛過一樣的嘎塔嘎塔聲，這些聲音一直持續了"一首彌撒曲的時間"。後兩者一般被認為是音爆的效果。哈雷仔細研究了這顆流星的高度和速度，同時還分析了英國以及其他國家對這顆流星的觀測，確認所有的觀測都是對高於地面數十千米以上的現象所進行的，這便使他很難接受出現在類似義大利人的現場報告中火球會發出颼颼聲的結果。1719年他在對英國皇家學會的報告裡做出結論稱，除了後面出現的嘎塔嘎塔聲以及爆炸聲以外，流星的聲音“僅僅只是幻想的產物罷了“。1784年，即是軍醫又是皇家學會書記的查爾斯·布拉格登（Charles Blagden)對英國人觀察到的1783年大流星進行了調查。不少人主張這顆流星發出了聲音，布拉格登對此評論道，它們多半是“與煙火類似的外觀所導致的幻覺，或是恐懼帶來的想象“。不過因為類似說法相當多，他也說雖然不清楚這種現象是什麼原因造成，但有可能是某種電氣現象將這些雜音以遠超音速的速度傳遞了過來，“應該留給以後的觀測者來闡明”。在1833年裡迎來了一個轉機。這一年，獅子座流星雨在一小時之內就以數以萬計的流星襲擊了美國。直到這時，天文學家丹尼森·歐姆斯特德(Denison Olmsted)終於做出了正確的結論，即流星是從宇宙空間闖入地球大氣層的小型物體。他仔細收集了對這場史上最大規模流星雨的目擊報告，其中有許多報告詳細記錄了流星發出的聲音，這些聲音聽起來像是玩具槍發出的"啪"的一聲。出於這是某種電磁現象的可能性，歐姆斯特德懷著興趣自行做了實驗。可惜的是，當時對於電磁現象的理解仍然很有限。到了19世紀下半葉，麥克斯韋建立起了電磁學，赫茲則證明了電磁波的存在，這就使得人們至少能推測流星音也許是電磁波帶來的效果。瑞典裔美國地質學家約翰·奧古斯特·烏登(Johan August Udden)收集到有證詞說1917年得克薩斯州目擊到的火流星的聲音“就像是地面物體發出來的一樣，他認為原因是“以太波這樣具有代表性的流星學家則認為聲音是一種心理效果。二戰後，隨著冷戰的激化，這種現象引起了美國軍方的注意，他們委託蘭德公司進行調查。1963年，蘭德公司做出了包含許多目擊者親身體驗的報告，認為這種現象有較高可能性是地面靜電場紊亂帶來的放電現象所伴隨的電暈放電聲，或是電磁波造成的。 雖然這是一份最終報告，但是因為並未判定根本原因，隕石之聲是一種心理效應的論點依然在研究者中佔支配地位。而在蘇聯情況則有所不同，既有像萊文於1925年17歲的時候自己聽見了火流星的聲音。後來，他研究了與流星有關的各種現象，其中包括了從古代到當時的各種關於流星音的記錄。這類記錄的內容五花八門，無所不有，其中既有與14世紀的中國記錄相同的“鳥群的振翅聲”，也有“放在開啟窗邊的花兒”和“飄窗窗臺上花卉的葉子”響了起來之類有趣的記錄。 阿斯塔波維奇認為從這些記錄來看，如果火流星亮度低於-9等那麼就不會有聲音產生。另外，伊萬諾夫(В. В. Иванов, V. V. Ivanov)與梅德韋傑夫(Ю. А. Медведев, Yu. A. Medvedev)在1965年提出了一種基於流星尾巴導致的靜電誘導與電暈放電聲的理論。可惜的是在蘇聯進行的這些調查與理論並沒能改變以心理效應為主導的全世界研究者的想法。可能為電磁波音的其他現象.有報道稱，強烈的極光會發出聲音來，凱伊主張這正是電磁波音 。關於極光音的理論很多，例如由強電場造成的電暈放電聲，但是並沒有哪一個理論得到了公認。除此之外，一些目前並不清楚原因，甚至連存在與否都讓人懷疑的現象報告與電磁波音之間的關係也受到了關注。 這類報告包括：閃電的瞬間據說有“咔茲”的聲音、緊接地震來臨之前的聲音、極端靠近地球的彗星發出的聲音等等。關於名稱.電磁波音(electrophonic sound)這個單詞在1937年被首次提出，提出者為心理學家斯坦利·史蒂文斯(Stanley S. Stevens)，意思是將電流直接流向頭部所造成的音感，與流星之類產生的電磁波所導致的聲音並無直接聯絡。1940年，跟隨阿斯塔波維奇的電磁現象產生聲音的理論，礦物學家兼詩人彼得·德拉維特(Пётр Л. Драверт, Pëtr L. Dravert)將伴隨有聲音的火流星稱之為電磁波音火球(электрофонный болид, electrophonic bolide)。 electro-phon這個單詞本身只是“電氣-聲音”的意思，從這點上來說並不一定能代表實際現象，但是目前在學術上這個詞已經成為了固定用語。因此將作為流星音的electrophonic sound這個詞翻譯為接近實際現象的“電磁波音”。