太空聲波解析／太空來的音樂？原來是電漿波

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【聯合報╱記者李承宇】土星和它的衛星及月亮，地球上有些珠寶設計家的點子，就是從這些太空照片而來。 圖／取自NASA
神秘詭譎的嗡嗡聲，連綿不絕……襯著黯黑無垠的外太空景像，一股深沉的孤寂感襲來。此時，弦樂四重奏柔和的旋律漸入，把人的思緒從虛無的太空，拉回到國家音樂廳。

「太陽光輪」（Sun Rings），一齣以「太空聲音」為主軸，結合弦樂四重奏譜成的音樂作品，日前在國家音樂廳上演。由美國太空總署（NASA）提供的太空聲音、影像，搭配極簡音樂，科學與藝術的結合，除了帶給人心靈無比的寧靜，也讓人反思，人類在宇宙中的定位。

聲波需要有空氣作為傳導介質，但太空中沒有空氣，為何會有聲音？中研院天文所工程師顏吉鴻解釋，所謂的「太空聲音」，並不是直接記錄下聲波，而是將太空船航海家1號、2號等太空船收錄太空中的電漿波頻率，轉換成人耳可以聽見的聲音。

電漿是物質在固態、液態、氣態之外的第四態，當氣體分子受熱解離成帶電粒子而形成。電漿是離子、電子及中性原子或分子的集合體。太空中充滿了電漿，地球大氣層的電離層、太陽本身，都處在電漿狀態。

近50年前，美國愛荷華大學物理暨天文系教授古奈特（Donald A.Gurnett）研發出電漿波接收器，他和電漿波研究團隊主要研究太空中的電漿波和無線電波，40年來，有超過2 個太空計畫利用電漿波接收器進行實驗，包括航海家1號、2號、伽利略號等。目前研究團隊正在建置木星探測太空船Juno上的電漿波接收器，Juno預計今年發射。

在充分受熱的情況下，電漿中的電子、離子會處於震盪平衡狀態；然而當這種平衡狀態被擾亂，帶電粒子會形成電磁場，而電子經擾動後則會進行簡諧運動。測量受擾動電漿的電場，可以觀察到特殊的共振頻率，稱為「電子電漿頻率」（electron plasma frequency ），進而可知電漿的電子密度。

蒐集太空中的電漿波，主要目的是測量電漿的頻率，以了解電漿的特性，諸如電漿密度、穿透電漿的磁場效應等。

1962年，古奈特的研究團隊第一次發射電漿波接收器到地球軌道上，他們除了發現研究數據，更驚訝於將電漿波轉換成人耳能聽到的聲音。高空閃電可能會造成的電漿波擾動頻率，聲音像哨聲；記錄器從木星也收錄到太陽高速電漿流（太陽風）所形成，聽起來像飛機穿越音速的音爆。

顏吉鴻也表示，天文學家並沒有發現哪顆行星或太陽系中哪個位置，會有某種特定的聲音，將電漿波頻率轉換成人耳能聽到的聲音，只是想用一般人更熟悉的意象，讓大家了解太空中的電漿波。

行星位置 天文學家看到樂理

地球人一直想從太空中聽到宇宙的其它生物的聲音，所以幾年前美國太空總署突發奇想，向太空深處，傳送披頭四合唱團的歌曲。 圖／取自NASA
太空與音樂的關係，400多年前的科學家克卜勒在談；1977年史蒂芬史匹柏導演的科幻電影「第三類接觸」也在談。

在電影「第三類接觸」中，地球人跟外星人溝通的方式，是用五個音符。1619年克卜勒在「世界的和諧」書中，提出行星運行到不同位置，跟太陽距離的比值，跟音樂上的音階若合符節。

兩廳院企畫行銷部經理李惠美指出，「太陽光輪」中從太空蒐集到電漿波轉換的聲音，有的只是一連串單調的嗡嗡聲，對受傳統音樂訓練、講究旋律的音樂家而言，可能被視為「噪音」，甚至有「這是音樂嗎？」的質疑。

不過她表示，還是有音樂家能夠從這些一般人認為是噪音的聲音中，找出太空聲音的規律。她說，有時候國家音樂廳的空調調低，發出不同於平常的振動聲，傳向舞台，一般人可能沒感覺，但聽力靈敏的音樂家卻感覺的出來。

作曲家泰瑞‧萊利以極簡的音樂風格，以弦樂四重奏搭配太空聲音。李惠美說，對現代音樂而言，什麼聲音都可以是材料；單調的太空聲音很適合音樂極簡主義簡潔、重複樂段的風格。

古早的科學家就已經在找天文與音樂間的關係。400多年前，提出行星三大定律的天文學家克卜勒就試圖將行星運行到不同位置，相對於太陽距離的比值，拿來跟樂理比較，發現真有相關的地方。舉例而言，像是地球在近日點和遠日點間的比值，是一個半音的頻率變化（16／15）；金星則是一個升音的頻率變化（25／24）。

不過克卜勒的年代天文觀測沒有這麼精確，算出來的比值只是近似值，所以看起來好像符合音樂樂理；後世科學家實際精確測量後，並沒有真的找到兩者的相關