热点评！自然界的“立体声道”
来源：大科技杂志社 2023-07-02 08:04:46
你在中国北京与朋友说了一句悄悄话，不借助任何通讯设备，不久之后，美国纽约的市民将能清楚地听到这句话。这可能吗?
藏不住的爆炸声
在大洋洲海洋里引爆一个炸弹，爆炸的声音穿越半个地球被位于美洲的人收听到，这个现象是不是与上述情景有异曲同工之妙?几十年前，科学家就发现了这个神奇的现象。
【资料图】
第二次世界大战期间，美国科学家发现，往海洋中扔下一个炸弹，如果这个炸弹在大约1000米深的地方爆炸，爆炸声可以在一万多千米外的地方被清晰地听到(当然是用仪器收音，人类无法在无防护的情况下下潜到这个位置)。为什么爆炸声可以传这么远，深海中存在什么奥秘?
经过理论分析，科学家推测，这是因为大洋深处存在一个非常有利于声波传播的“立体声道”。声波与光波相似，在穿越密度不同的界面时，会被分界面折射，而声波总是向声速最慢的地方折射。海水中的声速主要由温度和水压控制：温度越低，水压越小，声速越慢。
水温与太阳光照密切相关，随着深度的增加，太阳光照逐渐减少，因此水温会随深度的增加而降低，但到一定深度后温度就不再改变，形成深海等温层。水压也是由水深决定的，深度越大，海水压力就越大。因此，从海面往下，声速会像过山车一样变化：先是随深度增加、温度降低而变慢，在等温层位置，声速不再因温度变化而改变，这时，声速就会随海水压力增大而变快。而科学家发现，水下1000米深的位置同时兼具水温低、水压小的特性，也就是说，这里就是水下声速的最低点。
由于声波总是向声速慢的界面折射，因此1000米深海上方的声音和下方的声音都会折向这一区域，这样，在这个区域听到的声音将远远大于海洋中的其他位置，科学家将这个区域称为“深海声道”。声音在深海声道中能通过“声道壁”的折射持续向远处传播，就像光信号在光纤中传播一样，因为声波在声道中不断叠加，远方的人们接收到的声音信息不会因为距离遥远而衰减，所以声音通过这个声道就能传到很远的地方去。
大气也有“立体声道”?
深海中的“立体声道”启发了科学家，大气层中的温度变化存在相似规律，其中会不会也藏有一个“立体声道”?
我们知道，随着高度的增加，温度会逐渐下降。但另一方面，在平流层附近，由于臭氧吸收大量紫外线，气温又会逐渐上升，甚至跟地面温度差不多，所以从地面往上也存在一个温度极低的区域。而气体中声波的速度跟其温度有关(气体中声速跟分子运动的速度差不多)，温度越低，声速越慢，所以在这个温度极低的区域，声速也是极小的。与深海声道相似，两侧的声音会向声速慢的地方折射，这个区域应该就是“大气声道”。
有许多科学家相信，“大气声道”是真实存在的，他们认为，这样才能解释为何某些地方会“平地惊雷”。2022年5月8日，据媒体报道，中国杭州多地突发巨响，许多市民都表示自己听到了震耳欲聋的声音，声音大到感觉房子都被震起来了。人们不约而同发出疑问，这个奇怪的声音来自哪里?
有许多猜想被提出来，又被一一否决了。有人认为这是自然现象引起的，比如雷暴或地震，可是气象台和地震局的监测设备均未报告相应现象。也有人认为这是巨型烟花或工厂爆破发出的巨响，可是许多居住在不同城区的市民都听到了声音，如果是人为的烟花燃放或炸弹爆破，似乎不太可能多地同时发出巨响。目前最可信的猜想是音爆，飞行器超音速飞行时，空气分子受到挤压，会发出像爆炸一样的声音，这就是音爆。但是，当时究竟有没有飞行器低空高速飞行，仍然不得而知。
除了杭州巨响外，世界各地也曾发生过多起奇异的“平地惊雷”。美国北卡罗来纳州的塞尼卡湖周边地区，一个古怪的现象困扰了当地居民170年：在没有任何异常情况的条件下，空气中会突然爆发出一个巨大的声音，这个声音久久回荡在上空，其音量之大甚至能让窗户颤抖、房屋震动。与此相似的还有孟加拉湾地区的“巴里萨尔炮声”、法国科西嘉岛时不时传出的大炮声等，人们至今仍找不到这些怪声的来源。
如果不是雷暴、地震等自然原因，也排除烟花、炸弹、音爆等人为原因，那么唯一的解释只剩下“天外来音”了。当然，这里的天外并不是指外太空，而是地球上的其他地区，遥远的地方发生上述事件，产生了巨响，这个声音通过大气层中的“立体声道”被折射到当地。当地人在周边区域寻找声音的来源，自然是无功而返，于是只能将巨响归类于未知怪声中去。
踪迹难觅的“大气声道”
之所以说“大气声道”只是猜想，是因为科学家至今还没能找到它的确切位置。
寻找“大气声道”的工作开始得很早。1944年，就在深海声道被发现后不久，美国地球物理学家莫里斯·尤因就开始往大气中释放高空气球，目的就是寻找“大气声道”。可是多年来，这项工作始终徒劳无功，中间还闹过一次乌龙：1947年的一天，其中一个高空气球因故障坠落下来，被当地人发现。当时正值外星人和不明飞行物风靡全球的时候，所以虽然美国军方解释称那是气象预报用的气球，但仍被许多人以为是外星人的交通工具。几年后，这个项目因为争议而被停止了。
近年来，随着高空气球和无线遥测技术的发展，科学家又重燃起寻找“大气声道”的兴趣和信心了。2021年4月，美国桑迪亚国家实验室的地球物理学家莎拉·阿尔伯特及其团队在美国新墨西哥州释放了一个太阳能气球，通过利用太阳能，这个气球可以在稳定的高度上漂浮，其上搭载的无线遥测技术可以远距离传输并播放数据。在气球释放的同时，距离气球释放地点400多千米的德克萨斯州范霍恩市，美国商业太空公司蓝色起源的火箭发射了——阿尔伯特想看看气球是否能接收到火箭发射的声音，以此确认“大气声道”的存在与否。
这次的实验得到了期望的结果：气球接收到三个清晰的信号——一个是火箭发射时发出的声音，另外两个是在它上升和下降穿过对流层顶时发出的。这个结果有力地证实了“大气声道”确实能将遥远地区发出的声音折射到当地人的耳朵里。
不过，疑云仍然存在：在2021年9月的第二次实验中，太阳能气球没能接收到在美国加利福尼亚州范登堡空军基地发射的火箭的声音。对于这个结果，科学家如此解释，就像深海声道会因为海况的影响，比如海洋深度的变化、海底山脉的阻挡等，而导致声音在声道中的传播距离和响度发生变化一样，“大气声道”同样会因为大气气流和温度变化而发生高度和厚度等变化，从而影响声音的传播。
无论如何，如果“大气声道”真的存在，这将是一个重大的好消息。借助“大气声道”，人们可以在空中搭建一个信息接收网络，该网络可以帮助研究人员探测来自火山、炸弹和其他来源的远程爆炸，提前为处于危险地区的人们提供预警，人类的安全防护网将更加稳固。
