传播距离最远的声音——次声

次声的作用

频率比20赫更低的声音，人耳是听不到的，叫做次声。频率低到0.003赫以下，出现声重力波，更低频率上出现内重利波。目前人类接触的次声最低可以达到0.0001赫，也就是周期为10000秒，差不多3个小时。次声的特点是频率低，波长长。

由于空气对声的吸收随频率升高而升高。1000赫的声波的能量在7公里仅由于吸收就损失了90%（还不算声波扩散的损失）。20赫的声波的能量大约在100公里就被吸收了90%，所以人耳能听到的一般是几十公里以内的声音。至于次声，1赫的次声能量在3000公里才吸收90%，0.01赫的次声，要绕地球一周才吸收90%。所以用次声仪器收到的是全世界来的各种来源的次声。

在地球南北极附近，天空中时常会出现变幻莫测的极光，极光能产生可听到的声音，也可产生周期为几分之一秒到一分钟以上的次声。周期为几分钟、运动速度达到500米/秒的次声是极光弧产生的。周期为一分钟左右的极光次声是由电离层的整体运动产生的。周期较短（几分之一秒）的次声是由极光中导电性的瞬时增加的局部极光电子喷射垂直穿过电离层引起的压力扰动而产生的。

地震时和地震前会发生奇怪的声音，有时象远处隆隆的火车声，有时象轰轰的飞机声，有时象雷鸣，有时象牛叫。这是人耳能听到的，还有人耳听不到的次声。地震时，由于震中的激烈振动，产生纵波、横波和表面波，在地表面以不同的速度传播。这些复杂的振动会向空气辐射频率不同的声波。地面有山谷，也会衍射声波。所以地震产生的次声情况是复杂的。

火山喷发有不同形式，有的熔岩不断涌出，有的呈节奏性喷发，有的呈爆炸性喷发，不同喷发形式所产生的次声特性也不同。火山喷发时能量很大，1883年印度尼西亚的喀拉喀托火山爆发，把二十多立方公里的岩石碎快抛向天空，据说几千公里之外还能听到隆隆的声音，产生的次声传播了十几万公里，绕地球转了好几圈。这次火山喷发的能量相当于1-1.5亿吨TNT炸药爆炸的能量，这是历史上罕见的。 

流星落入大气层以后的运动会产生次声。1908年西伯利亚地区有一块空前巨大的陨石掉在原始森林里，发生了大爆炸，1000公里外还能听到爆炸声。陨石坠落的地方形成了面积约15平方公里的一大片沼泽。爆炸引起了大地震，产生的次声传播了几万公里。

龙卷风是激烈旋转的空气柱，从地面上接云端。龙卷风旋涡直径一般在几十米到几百米，风速可达100-150米/秒。观察到的与龙卷风相应的次声，其周期近一秒。

台风是一种反时针方向旋转的热带气旋。台风旋涡非常大，它的直径一般有几百公里，中间是台风眼，眼壁直径可达数十公里，台风眼中波浪互相叠加，形成驻波，高达十几米，发出的声波周期在4-8秒之间。

雷暴、雹、风暴等恶劣天气都会发生次声，而且各有其特征。也许在将来可以利用次声的这些特征来预报这些恶劣天气的发生。

核爆炸监测

核爆炸产生的是冲击波。冲击波的波前很陡，正压最高点的大小叫巅值，正压下降后面有一个负压区。随着向前传播的距离增加巅值逐渐降低，波形逐渐拉长，慢慢地变成声波。波的周期与爆炸能量有关，爆炸能量越大，周期也比较长。

核爆炸产生的声重力波在大气中可以传播很远，有时可以绕地球转几圈。它还会引起电离层的扰动，干扰无线电波的传播，使无线电通信中断。

由于核爆炸产生的次声波波列的幅值和频谱特性与核爆炸的能量（或叫当量）有密切关系，可以根据接收到的核爆炸次声信号推算出核爆炸的能量（或当量）。

为了接收核爆炸的次声信号，并且定出方向和位置，就要在距离较远（一千公里以上）的地方分别布设次声接收阵。这些阵由许多小阵构成，每个阵的尺度是几公里到几十公里。把大阵中各小阵接收到的信号传到一个中心，通过移相叠加，判断次声波传来的方向。把几个距离很远的点确定的声源方向在地图上画出，就可以定出爆炸的位置。

海啸的启示

2004年12月26日发生的地震引起的印度洋海啸使得近30万人遇难。而地震波比海啸的传播速度要快，在发生地震后，有足够的时间进行海啸报警。建立完善的灾难预警机制，是这次海啸带给人们的最大启示。