極光的神秘聲響

出祺然

極光不僅僅是一種視覺的盛宴，而且還是一種聽覺的奇妙體驗。

1990年的一個傍晚，芬蘭北部一個偏遠村子里正舉辦著一個爵士音樂節，安圖·萊恩和他的朋友們決定到外面去觀看極光，享受寧靜。

當時氣溫為-35℃，當極光在頭頂上閃爍時，四周十分寂靜。他們都開始不說話，不活動，甚至都壓低了呼吸聲。他們想知道在沒有交通、沒有風和每個人都睡著的情況下，這里會寂靜到何種程度。但令他們驚訝的是，四周并不是完全的寂靜。他們注意到一種微弱的背景聲音，一種似乎與極光運動同步變化的嘶嘶聲。

萊恩和他的朋友們開始討論這些聲音是否是由極光引起的，但他們都認為這是不可能的，因為極光所處的位置太高了，地面上的人應該無法聽到它發出的任何聲音。

1999年萊恩再次來到當時的那個村子參加爵士音樂節，他又一次發現自己被那神秘的嘶嘶聲迷住了。他可能不是第一個對這一現象感興趣的人，但他也許是解決這一問題的最佳人選。萊恩是芬蘭阿爾托大學的心理聲學專家，而心理聲學是一種關于聲音和我們如何感知聲音的學科。在過去的20年里，他一直在努力證明極光不僅僅是一種視覺的盛宴，而且還是一種聽覺的奇妙體驗。

錄下飄渺般的極光之聲

首先，我們先來了解一下極光產生的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極區域。當它們進入高層大氣（高于80千米）時，會與大氣中的原子碰撞，這些原子碰撞后獲得的額外能量，即進入了激發態，它們會以光子的形式釋放掉這些能量回到正常的狀態，于是高空中出現了光芒，這就是極光。其中，被激發的氧原子會產生綠色或褐紅色的光芒，被激發的氮原子會產生藍色或紫色的光芒，氧和氮是空氣中含量最多的元素，所以極光主要呈這幾種顏色。

大多數極光觀察者從來都沒有聽到過極光產生的聲音，因為這種聲音很容易被掩蓋在背景噪音之中，比如交通和人們交談產生的聲音。很少有人像萊恩等人那樣，能在十分安靜的環境下觀察極光。

但顯然有些人已經注意到了極光之聲，雖然還沒人能解答極光之聲是如何產生的。萊恩找到很多關于極光之聲的記錄，最早可追溯到數百年前。其中，一份來自1931年的記錄收錄了許多人對極光之聲的詳細描述。一位聆聽者說，極光之聲“像絲綢裙子發出的沙沙聲”，另一位聆聽者說它像“當兩片有著肥肉的培根（一種煙熏肉）掉到一個紅色的熱鍋里時發出的聲音”，第三位聆聽者把它比作“一群飛得離自己的頭很近的鳥兒產生的聲音”。另一些人則描述它是“一種非常奇怪的微弱的口哨聲”，一些人甚至認為它有時“響亮得類似于槍聲”。

對于想研究極光之聲的科學家，事情卻不那么走運了。他們使用各種設備嘗試去監聽和記錄極光之聲，但每次嘗試都失敗了——這些設備沒有監聽到或錄到極光產生的任何聲音。這使得一些人相信，極光之聲是人在觀看極光時產生的某種聽覺錯覺，或者，它可能是聯覺導致的結果。聯覺指的是一種感覺（比如視覺）被激活后，可以觸發另一種感覺（比如聽覺）。

但萊恩認為極光之聲應該不是錯覺或聯覺。作為一名科學家，他認為自己有必要解開這個謎團。于是在2000年，萊恩與芬蘭索丹屈萊地球物理觀測站開始了一個項目，其主要目標是記錄極光之聲。這很有挑戰性，因為不清楚聲音是什么，或者是從哪里傳來的。直到2010年，萊恩才第一次記錄到極光之聲。

極光之聲可能來自一種電現象

萊恩的發現否定了一些關于極光之聲的理論。例如，許多人推測，極光還可以產生其他波段的電磁波，而地面上一些物體如同收音機一樣會接收到這些電磁波，并且會隨著極光的變化而產生微弱的振動，于是聲音就產生了。但萊恩早就對這種解釋表示懷疑。他認為，數百年來，人們一直在談論這些聲音是來自空中，而不是在地面或樹梢上。他認為，人類的聽力在聲源定位方面表現得非常好，所以這些報道是可信的。而萊恩在2010年的發現最終證實了這一點：這些聲音來自空中，在不到100米的高度。

那么極光之聲究竟是怎么產生的呢？萊恩經過分析后推測，它的起源是一種被稱為電暈放電的現象。電暈放電是由于電場強度過大，導致空氣等不導電的介質被擊穿，而形成的放電現象。電暈放電常常發生在高壓電線周圍或帶電體的尖端附近，并伴有藍色輝光和咝咝聲。

為了產生所需的電場，你需要在兩個靠得很近的地方分別積累大量的正電荷和負電荷。萊恩認為，這可能發生在晴朗無風的夜晚。冰冷的地面會比空氣溫度更低，它逐漸冷卻上面的空氣，最終會形成靠近地面的有100多米厚的冷空氣層，其上則是位于高空中的暖空氣層，但這些暖空氣下不來，因為密度高的冷空氣已經占據了下層。所以，冷空氣層與暖空氣層之間空氣很難交流。

靠近地面空氣中小水滴因與空氣摩擦通常會攜帶負電，它們會隨著一些熱空氣上升，最終抵達冷空氣層與暖空氣層之間的邊界下面，但無法上升到上面。如果極光出現的話，那么就意味著高層大氣中因太陽的帶電粒子與大氣中的原子不斷相撞，會產生許多的正負離子，一些正離子會被吸引下來，停留在邊界的上面。隨著時間的流逝，冷空氣層與暖空氣層之間的邊界會積累大量的正電荷和負電荷，直到它們之間的電場足夠強并引發突然的電暈放電為止。這會產生紫外線輻射、磁場脈沖和聲音。

萊恩的理論很巧妙地解釋了為什么極光之聲只發生在特定的天氣條件下。沒有出現冷暖空氣層之間的邊界，就沒有聲音，不管極光顯示得多么絢麗。而且，他的理論可以解釋為何極光之聲的來源地總是位于大致相同的高度。萊恩提出的理論似乎是合理的，但需要設計出一些實驗來對其檢驗。但萊恩對自己的研究很自信，他認為，我們終于在極光之聲的研究中取得了重要突破。