极光的神秘声响

出祺然

极光不仅仅是一种视觉的盛宴，而且还是一种听觉的奇妙体验。

1990年的一个傍晚，芬兰北部一个偏远村子里正举办着一个爵士音乐节，安图·莱恩和他的朋友们决定到外面去观看极光，享受宁静。

当时气温为-35℃，当极光在头顶上闪烁时，四周十分寂静。他们都开始不说话，不活动，甚至都压低了呼吸声。他们想知道在没有交通、没有风和每个人都睡着的情况下，这里会寂静到何种程度。但令他们惊讶的是，四周并不是完全的寂静。他们注意到一种微弱的背景声音，一种似乎与极光运动同步变化的嘶嘶声。

莱恩和他的朋友们开始讨论这些声音是否是由极光引起的，但他们都认为这是不可能的，因为极光所处的位置太高了，地面上的人应该无法听到它发出的任何声音。

1999年莱恩再次来到当时的那个村子参加爵士音乐节，他又一次发现自己被那神秘的嘶嘶声迷住了。他可能不是第一个对这一现象感兴趣的人，但他也许是解决这一问题的最佳人选。莱恩是芬兰阿尔托大学的心理声学专家，而心理声学是一种关于声音和我们如何感知声音的学科。在过去的20年里，他一直在努力证明极光不仅仅是一种视觉的盛宴，而且还是一种听觉的奇妙体验。

录下飘渺般的极光之声

首先，我们先来了解一下极光产生的过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极区域。当它们进入高层大气（高于80千米）时，会与大气中的原子碰撞，这些原子碰撞后获得的额外能量，即进入了激发态，它们会以光子的形式释放掉这些能量回到正常的状态，于是高空中出现了光芒，这就是极光。其中，被激发的氧原子会产生绿色或褐红色的光芒，被激发的氮原子会产生蓝色或紫色的光芒，氧和氮是空气中含量最多的元素，所以极光主要呈这几种颜色。

大多数极光观察者从来都没有听到过极光产生的声音，因为这种声音很容易被掩盖在背景噪音之中，比如交通和人们交谈产生的声音。很少有人像莱恩等人那样，能在十分安静的环境下观察极光。

但显然有些人已经注意到了极光之声，虽然还没人能解答极光之声是如何产生的。莱恩找到很多关于极光之声的记录，最早可追溯到数百年前。其中，一份来自1931年的记录收录了许多人对极光之声的详细描述。一位聆听者说，极光之声“像丝绸裙子发出的沙沙声”，另一位聆听者说它像“当两片有着肥肉的培根（一种烟熏肉）掉到一个红色的热锅里时发出的声音”，第三位聆听者把它比作“一群飞得离自己的头很近的鸟儿产生的声音”。另一些人则描述它是“一种非常奇怪的微弱的口哨声”，一些人甚至认为它有时“响亮得类似于枪声”。

对于想研究极光之声的科学家，事情却不那么走运了。他们使用各种设备尝试去监听和记录极光之声，但每次尝试都失败了——这些设备没有监听到或录到极光产生的任何声音。这使得一些人相信，极光之聲是人在观看极光时产生的某种听觉错觉，或者，它可能是联觉导致的结果。联觉指的是一种感觉（比如视觉）被激活后，可以触发另一种感觉（比如听觉）。

但莱恩认为极光之声应该不是错觉或联觉。作为一名科学家，他认为自己有必要解开这个谜团。于是在2000年，莱恩与芬兰索丹屈莱地球物理观测站开始了一个项目，其主要目标是记录极光之声。这很有挑战性，因为不清楚声音是什么，或者是从哪里传来的。直到2010年，莱恩才第一次记录到极光之声。

极光之声可能来自一种电现象

莱恩的发现否定了一些关于极光之声的理论。例如，许多人推测，极光还可以产生其他波段的电磁波，而地面上一些物体如同收音机一样会接收到这些电磁波，并且会随着极光的变化而产生微弱的振动，于是声音就产生了。但莱恩早就对这种解释表示怀疑。他认为，数百年来，人们一直在谈论这些声音是来自空中，而不是在地面或树梢上。他认为，人类的听力在声源定位方面表现得非常好，所以这些报道是可信的。而莱恩在2010年的发现最终证实了这一点：这些声音来自空中，在不到100米的高度。

那么极光之声究竟是怎么产生的呢？莱恩经过分析后推测，它的起源是一种被称为电晕放电的现象。电晕放电是由于电场强度过大，导致空气等不导电的介质被击穿，而形成的放电现象。电晕放电常常发生在高压电线周围或带电体的尖端附近，并伴有蓝色辉光和咝咝声。

为了产生所需的电场，你需要在两个靠得很近的地方分别积累大量的正电荷和负电荷。莱恩认为，这可能发生在晴朗无风的夜晚。冰冷的地面会比空气温度更低，它逐渐冷却上面的空气，最终会形成靠近地面的有100多米厚的冷空气层，其上则是位于高空中的暖空气层，但这些暖空气下不来，因为密度高的冷空气已经占据了下层。所以，冷空气层与暖空气层之间空气很难交流。

靠近地面空气中小水滴因与空气摩擦通常会携带负电，它们会随着一些热空气上升，最终抵达冷空气层与暖空气层之间的边界下面，但无法上升到上面。如果极光出现的话，那么就意味着高层大气中因太阳的带电粒子与大气中的原子不断相撞，会产生许多的正负离子，一些正离子会被吸引下来，停留在边界的上面。随着时间的流逝，冷空气层与暖空气层之间的边界会积累大量的正电荷和负电荷，直到它们之间的电场足够强并引发突然的电晕放电为止。这会产生紫外线辐射、磁场脉冲和声音。

莱恩的理论很巧妙地解释了为什么极光之声只发生在特定的天气条件下。没有出现冷暖空气层之间的边界，就没有声音，不管极光显示得多么绚丽。而且，他的理论可以解释为何极光之声的来源地总是位于大致相同的高度。莱恩提出的理论似乎是合理的，但需要设计出一些实验来对其检验。但莱恩对自己的研究很自信，他认为，我们终于在极光之声的研究中取得了重要突破。