次声波传感器 宇宙中的“天籁之声”，是怎么产生的

宇宙中的“天籁之声”，是怎么产生的

太空中的天籁之声

1969年，美国宇航员登月返回时，竟意外地“听”到了天籁之声。那是地球发出的“刺啦刺啦”声，如同撕心裂肺般的“哭泣”。后来，欧洲航天局发射的卫星在太空中又录下了地球的“尖叫”声，而今，各国卫星录下的“地球之声”已经有了一万多条，而且它们往往与极光同时产生。

上述天籁之声是人类从太空里听到的，故可称之为狭义的地球之声。但众所周知，声音是振动在空气或固体、液体介质中的传播。太空里没有此类介质，如何传播声音呢？

实际上，它是太阳喷射的离子流亦即“太阳风”与地球磁场在大气中相撞时产生的电磁波引起的：这种电磁波呈波束状传播到太空中，如果能量足够，扰动了卫星或飞船上的某些物体，便产生了震动，传到了人耳中，成了地球之声。

这些地球之声会随着电磁波传送到遥远的宇宙。也许有一天，我们会借助这种方法与地外生命通讯。因为凡有极光的星球，就会有类似的“声音”。

广义的地球之声

仔细想想，其实我们听到的声音绝大多数都是因为地球的转动直接或间接产生的。因此，又都可以称之为广义的地球之声。

首先，地球还真有点像电动机，地壳和地幔是定子，地心外核里富含铁的流体就是转子。由于地球的自转，科里奥里力向地心内流体的偏转提供了足够的能量；地壳的各大板块彼此挤压、碰撞，

岩浆就喷发地壳就震动，从而引发了地震、火山爆发、冰山崩裂、巨浪、海啸和大火，地球自然就会狂呼、呻吟或者啸叫。如此惊天动地震撼苍穹的振聋发聩之音，难道不是地球滚动的声音吗？

再者，地球也真有点像洗衣机，大陆架是滚筒，海洋就是滚筒里的水。

地球一边自转一边绕着太阳公转，月亮又绕着地球旋转。月亮对海水的引潮力产生了月亮潮，太阳对海水的引潮力产生了太阳潮，于是地球上就有了潮汐。这些潮涨潮落的汹涌澎湃、一应水族稀奇古怪的嘈杂不休，不也是地球滚动的声音吗？

还有，地球也真像个奔跑中的巨人，大气层就是他的肺。因为地球不停地公转和自转，

大气里才有了地转风和大气潮，大地上才有了季节变换和昼夜交替，天空中也才有了雾雪雷电冰雹骤雨。那些飓风、龙卷风和台风的呼啸，暴雨、雪崩和洪水的咆哮，飞鸟走兽的大呼小叫和花草树木的窃窃私语，不也是地球滚动的声音吗？

人类无缘聆听的次声和超声

人耳只能听到20赫兹到2万赫兹、声强级大致在几分贝到125分贝之间的声音。所以，人类仅能听到极少一部分地球的声音，其中95%以上又是我们所不能理解的。

比如，威力巨大的自然灾害发生之时，除了狂暴的强烈噪音之外，往往伴有能量巨大的次声波和超声波。1883年8月27日印度尼西亚喀拉喀托火山爆发，产生的强大次声波居然绕地球转了好几圈、传播了十几万千米、周期为几百秒！这是有史以来人类经历过的最强大的次声！幸而我们听不到，否则一定会震耳欲聋。

再比如，蓝鲸呼唤同伴的次声在海底可以传播数千千米之遥。海豚则是个超级“女高音”，其声音频谱中很宽的部分是2万赫兹以上的超声波。大象吼叫的声强级高达110分贝，其波长约70米，可以通过地面传播数万米。狼及其表弟狗嗥叫或狂吠的声谱中竟含有3.8万赫兹的超声。

孤陋寡闻的我们，无缘聆听地球的次声和超声，许多动物却能声声入耳。水母的触手上有一种“听石”，那是一种高灵敏度“次声波传感器”。

风暴即将来临时，“听石”会提前十几个小时感知到大难将至，水母便迅速隐蔽到深水。鲸、河马、短吻鳄等也都精于此道。大象可以用脚来感受彼此发出的次声，在神不知鬼不觉的情况下实现远距离交流。狼和狗可听到的声音的距离是人的4倍，对它们来说，4万到6万赫兹的超声尤其悦耳。老鼠和它的冤家猫，竟分别能听到9万赫兹和7万赫兹的超声！

地球的“鼾声”和怪声

地球转动的同时，还不断发出一些极其神秘的怪异声音，可称之为另类的地球之声。

地震学家们早就发现，地球在持续不断地发出一种不可思议的轻微“隆隆”声或“呼噜呼噜”声，好像地球的“鼾声”。那是些次声波，用地震检波器才能监测到。对其成因，人类至今仍然大惑不解。

利用洋底听音器，美国海洋和大气管理局的专家们监听到深海中也有许多神秘的怪异声音，有的像汽笛在响，有的像火车在飞驶，有的像呐喊，不一而足。至于其成因，有说是海底火山喷发产生的，有说是诡秘的巨鱼或巨兽发出的，也有说是冰山彼此摩擦产生的，众说纷纭。

不过，假如地球停止了滚动，那么一切都将归于寂静。地球将成为苍穹中的一粒小石子——如同《红楼梦》里那块补天未用的顽石，缥缈而去了。

汶川地震十周年纪念——捕捉地震中的次声波

来源：中科院声学所

2008年5月12日14时28分，里氏8.0级的汶川地震爆发，山崩地裂，满目疮痍，69227人的生命因此被迫画下休止符。经国务院批准，自2009年起，每年5月12日为全国“防灾减灾日”。

川之上，国有殇。逝者长眠，生者常思。悲剧提醒我们，科学认识地震、科学防震减灾，对国家、社会和个人都至关重要。

多次自然灾害事件的记录以及研究表明，次声波与许多自然灾害存在着密切的关联性。“次声波存在于地震孕育早期、爆发、余震的全过程，是与地震直接关联的物理波，可建立次声波和地震的某种相关关系，怎么建立这种关系就值得我们研究了。”基于多年的次声波探测分析，中科院噪声与振动重点实验室杨亦春研究员认为，次声波有望为人们科学认识地震提供一份晴雨表。

中国科学院声学研究所（以下简称“中科院声学所”）对于自然事件关联次声波的研究有着50多年的历史。中科院噪声与振动重点实验室的次声学研究课题组成功研制了ISA2016型低频宽带次声传感器，并基于该传感器在新疆、辽宁、云南、北京、吉林五地共设置23个监测点，建立了广域次声监测网，可有效、不间断地监测地震等自然事件关联次声波。

一、什么是次声波？

频率低于20 Hz、不可被人耳听到的声波叫做次声波。

人和一些动物发声和听觉的频率范围（图/人教网）

次声波主要来源于大自然，许多地球物理现象以及天文现象都是次声波源，如地震、火山爆发、海啸、流星雨、陨石坠落、极光、日食、核爆炸及偶发的大型化学爆炸等，都曾记录到相伴随的次声波。次声波的频率低、波长长，容易与建筑物、人体等产生共振，还能轻易绕过障碍物，可谓是“无孔不入”。

二、次声波与地震有什么特殊关系？

“地震是一个爆发巨大能量的力学过程，地震的活动全过程必然会产生声波，且主要为次声波。”杨亦春研究员指出，通过观测地震活动伴生的次声波的发生过程，研究次声波的信号特征，有利于科研人员掌握地震活动的状态，研究地震的发生发展规律及产生次声波的机理。

次声在大气中的传播路径（图/中科院声学所）

地震声波主要是由岩石破裂和地表起伏所激发，既有次声也有可听声。因此震中的人们在地震爆发时刻能够听到地底下隆隆的轰鸣声，震耳欲聋，像千军万马在怒吼，而夹杂其中的强次声波会使人头晕、恶心、心慌，失去逃跑能力。

不同类型的地质活动会产生不同频率范围的次声波。地下岩石相互挤压、破裂，产生的次声波频率偏高，大于0.1Hz。地表起伏释放出的次声波频率偏低，为0.001—0.1Hz。

当地表起伏的幅度较小，或持续时间较长时，非爆裂的断层滑动事件会逐渐释放掉地壳活动的能量，就不会出现地表撕裂现象。因此，有时测量到次声波并不一定会发生大地震。

三、怎么检测地震产生的次声波？

由于地震波传播衰减小，因此次声波传感器能够在数千公里以外探测到来自震中的地震次声波信号。

从震中到远方的监测点，次声波有三种传播途径。最先到达的是通过地壳传播到监测点后激发出的同振次声波（图中黑线），其次到达的是地震动引起途中山体晃动产生的次声波（图中红线），最后到达的是从震中位置通过大气传过来的次声波（图中黄线）。

地震关联次声波的3种传播途径（图/中科院声学所）

四、大地震前的异常次声波

与地震爆发后产生的次声波相比,大地震前数天出现的一种次声波幅值更大, 频率更低，持续时间更长。

在汶川地震前的2008年5月2日，中科院声学所曾检测到声压（传播介质受到声波扰动后产生的压强变化量）峰值达100Pa的异常次声波，持续时间20000秒。

汶川地震前后的次声波能量流曲线（图/中科院声学所）

2010年4月14日玉树7.1级地震、2011年3月11日日本9级地震、2013年4月20日芦山7级地震、2013年9月25日巴基斯坦7.7级地震等四次地震前两周内，均出现了异常次声波，频率范围在0.001Hz至0.01Hz之间，幅值范围为50Pa至200Pa，持续时间约半小时至4小时，传播速度为10m/s至30m/s。震级越高，震前异常次声波的幅值越大。

多年连续观测数据表明，在无地震时段，很难出现大幅值长周期次声波。

大地震前出现的这种异常次声波，是说来就来的吗？并不是，只有同时具备两个条件才会产生。

首先，必须有一个巨大的能量来源，才能产生覆盖数千平方公里范围的100Pa声波；其次，必须有超大面积的辐射面，才能在空气中产生周期10—10000秒的声波。

多次大地震发生前会出现异常次声波，是科研人员长期观察发现的一种客观存在现象。随着科学技术的快速发展，相信在不久的将来，关于次声波的研究将对地震预测预警做出贡献。

未来研究中，科研人员将扩大广域次声监测网的布设范围，争取在每一个中国地震台网所属地震台站的周围均布设次声监测台站，增加监测范围，加强监测力度；同时继续深入研究这类次声波的产生机理与传播机理，探索异常次声信号与地震的关联性，配合中国地震局等相关单位，为有效获取地震监测和预警信息提供技术支持。

国家地震台站分布图（图/中国地震台网中心）

参考文献：

[1] 马大猷,杨训仁. 声学漫谈[M].长沙:湖南教育出版社,1994.

[2] 关定华. 神秘的声音世界[M].济南:山东教育出版社,2001.

[2] 杨亦春,郭泉,吕君,滕鹏晓. 大地震前出现的异常次声波观测研究[J].物理学报,2014,63(13):224-237.

[3] 杨亦春,郭泉. 中科院声学所在次声学研究方面取得重大进展[J].声学学报,2011,36(03):307.

[4] 郭泉,杨亦春,吕君,滕鹏晓. 基于广域次声传感器网络的地震本地次声波监测[J].地球科学(中国地质大学学报),2014,39(12):1807-1817.

中科院噪声与振动重点实验室吕君副研究员对本文亦有贡献

文中图片除注明外，均来自网络

科普百分百·助力科普中国，让科学知识在网上和生活中流行起来。温馨提示：以上为科普百分百网上阅读所浏览内容，转载分享只为知识传播和学习宣传，本文内容仅代表原作者观点，如有意见建议，请私信留言，我们会及时处理。欢迎关注，谢谢。

相关问答

次声波发生器,往往又可称之为超低频发生器,次声频率在特定范围内可以调整,频率并非是单一的,功率也尽量控制在一定分贝数,以免对自身身体健康造成损伤。需要...

.、提前预测灾害的发生;2、探测某些大规模气象过程的性质和规律;3、了解人体或其他生物相应器官的活动情况;4、大象用人类听不到的“声音”进行交流;5、...

次声波传感器可以检测到次声波。次声波传感器又叫次声传感器,就是能够接收次声波的传声器。通常有多种换能类型的传感器可用作次声波传感器,只要有足够低的下...

话筒(麦克风)就是声波传感器,是不能再普通的物件了。话筒(麦克风)就是声波传感器,是不能再普通的物件了。

[最佳回答]两个听筒与听诊器的传感腔头及其连接的管道内部是空心的,传感头表面的薄膜接触到人体后将声音变成机械振动,此振动通过在密闭空间的空气可以不受外...

听诊器不是利用次声波。听诊器听声的原理很简单。就是物质间振动传导参与了听诊器中的铝膜。两个听筒与听诊器的传感腔头及其连接的管道内部是空心的,传感头...

当然能了,声呐系统就是感应声波,用来探测的仪器,医院里的常见的B超,也是一种声波感应器,声波感应器已经广泛的用在军事和生活当中当然能了,声呐系统就是感应...

超声波传感器的优点:1.不受物体颜色或透明度的影响超声波传感器将声音反射出物体,所以颜色或透明度不会影响传感器的读数。2.能在黑暗环境下使用吗与使用...

[最佳回答](1)地震发生时会产生次声波,因此安装次声波传感器,能起到预警作用;(2)被困人员用砖、铁管等物敲打墙壁,向外界传递消息,不但节省了体力,而且固体传...

[最佳回答]倒车雷达使用的是超声波。主要通过超声波来实现回声定位,用来探测汽车和障碍物之间的距离,并给驾驶员提供相应的信息。在倒车的时候,会有距离提示的...