地球有声音
我们的星球不断发出嗡鸣声、隆隆声,并以远低于人类听觉阈值的频率振动。一项新的科学项目首次使这个隐藏的配乐成为可听的。研究人员捕捉了地球的次声波振动——由海浪撞击大陆架、大气压力振荡、火山震颤和深层地震活动产生——并将其转变为可听范围内,创造出一个既神秘又复杂的音景,揭示了塑造我们世界的动态过程。
该项目在《麻省理工学院技术评论》中有所描述,使用来自全球地震仪、次声波探测器和大气监测站网络的数据,记录通常只被地球物理学家作为数值数据分析的信号。通过应用音高转换和时间压缩技术,研究人员将数天的次声波录音转化为几分钟的可听音频,使原本需要专门仪器和培训才能检测到的模式和节奏变得可感知。
地球听起来像什么
所产生的音频揭示了一个令人惊讶的丰富且分层的音响环境。行星嗡声的深沉、连续的低音——这是1998年首次发现的现象,由海浪与海底的相互作用产生——形成了一个始终存在但不断变化的低音基础。在这之上分层着更尖锐、更短暂的声音:构造板块沿断层线调整时的裂缝和呻吟声、由风暴和喷流产生的大气振动,以及偶尔出现的火山喷发或地震的戏剧性高潮。
季节性模式在转移的音频中清晰地浮现出来。北大西洋的冬季风暴产生独特的低频特征,在平静的夏季月份则不存在。全球季风循环产生每年重复的节奏脉冲。甚至人类活动也留下了声学指纹——2020年COVID-19封锁期间地震噪声的减少在处理后的录音中清晰可闻。
- 地球基本嗡声在2.9至4.5毫赫兹之间振荡,大约比人类能听到的最低频率低10,000倍
- 海底相互作用产生连续振动,可在全球每个地震仪上检测到
- 火山喷发产生次声波,可以多次环绕地球
- 2022年洪加汤加喷发产生的大气波被每个大陆上的仪器检测到
声音背后的科学
次声波——频率低于20赫兹的声波,是人类听觉的下限——是地球物理学和大气科学中一个成熟的研究领域。最初为检测核试验而设计的军事监测网络已被改用于科学研究,提供了一个全球敏感探测器阵列,可捕捉地球次声波排放的全部频谱。
研究人员使用的声化过程不仅仅是美学问题。通过将数值数据转换为音频,科学家可以利用人类听觉系统在复杂数据集中检测模式、异常和时间关系的非凡能力。经过训练的听众有时可以在声化数据中识别到在视觉表示中难以发现的特征,使听觉转换成为合法的分析工具,除了对科学传播的价值外。
音高转换技术保留了不同频率成分之间的相对关系,因此尽管绝对频率增加了几个数量级,原始信号的结构得以保留。时间压缩允许多天的录音在实时中体验,揭示展开速度太慢而无法直接感知的模式。
沟通科学与公众理解的桥梁
该项目吸引了远超地球物理学社区之外的关注。艺术家、音乐家和教育工作者对使用地球的声学数据进行作曲、装置艺术和教学材料表示了兴趣。这个想法——地球有一个可测量、可记录的声音,即使必须进行技术翻译才能听到——与可能不会以其他方式参与地震学或大气科学的观众产生了共鸣。
几个博物馆和科学中心已将声化录音纳入展览中,创造了沉浸式听觉体验,让访客能够听到平静的一天和地震之间的区别,或地球深处配乐中夏季和冬季之间的差异。听到星球移动的内脏、具体的体验为公众对地质过程的理解增加了图表和图形无法提供的维度。
配乐揭示了什么
除了其教育和艺术价值外,地球的声学特征承载了关于行星内部结构、海洋动力学和大气循环的科学信息。数十年来行星嗡声特征的变化可能反映了与气候变化相关的海洋循环模式的转变。异常的次声波信号可以在可见的表面迹象出现之前指示火山动荡,可能有助于早期预警系统。
研究人员希望使地球隐藏的声音对更广泛的观众可获取,将培养对我们所居住的动态、有生命的星球的更深入的理解。在气候变化和环保关注不断增长的时代,能够直面听到地球呼吸和移动的能力提供了一个有力的提醒:地球不是人类活动的静态背景,而是一个主动的、反应敏感的系统,其过程在远超普通人类感知的时间尺度和频率范围内运作。
本文基于《麻省理工学院技术评论》的报道。阅读原文。
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