中国科学家利用火星大气与挥发性演化(MAVEN)任务的数据，在火星上再现了观测到的哨声模式合唱波，并将其与地球上的现象进行了比较。他们发现火星和地球都表现出由非线性过程触发的哨声模式合唱波，背景磁场不均匀性在频率扫描中起着关键作用。

科学家通过在火星上再现电磁波来验证陷阱释放放大模型

这项发表在NatureCommunications上的研究为理解火星环境中的合唱波提供了重要支持，并在更极端的条件下验证了之前提出的“陷阱-释放-放大”(TaRA)模型。

口哨模式合唱波是广泛存在于行星磁层中的电磁波发射。当它们的电磁信号转化为声音时，就像清晨鸟儿和谐的合唱，因此得名“合唱波”。合唱波可以通过共振加速太空中的高能电子，导致地磁暴期间地球辐射带中的电子通量迅速增加。此外，它们将高能电子散射到大气中，从而产生弥散和脉动的极光。

合唱波的一个特征是它们的窄带扫频结构。几十年来，这种扫掠结构的激发机制一直备受关注，科学家们提出了各种理论模型。然而，关于合唱波中为什么会出现频率扫描以及如何计算扫描频率，一直存在争论。一个主要的争论点是背景磁场不均匀性是否在频率扫描中起着至关重要的作用，以及它如何影响扫描现象。

中国科学院中国科学技术大学团队此前提出的TaRA模型，基于现代等离子体物理理论，认为磁层中合唱波的频率扫描是综合的结果非线性过程和背景磁场不均匀性的影响。该模型提供了计算扫描频率的相应公式。然而，地球磁层磁场不均匀性的变化是有限的，这使得TaRA模型难以在更大的参数空间中进行测试。

火星与地球之间存在着截然不同的磁场环境。地球拥有全球性的类偶极子磁场，而火星只有局部的剩磁。在火星的剩磁环境中，MAVEN卫星也观测到了类似的合唱波事件。计算表明火星和地球之间的背景磁场不均匀性相差五个数量级。通过比较在地球和火星上观测到的波浪事件，可以在更极端的条件下测试之前提出的TaRA模型。

为了验证该模型，在本研究中，中国科学技术大学的科学家和合作者利用MAVEN卫星观测了火星上的粒子分布，并将其与相应的火星地壳残余磁场模型相结合。

科学家采用第一性原理粒子模拟方法，再现了火星上观测到的合唱波现象。通过对粒子相空间分布的分析，他们证实了这些波的扫掠过程与地球上合唱波的扫掠过程是一致的，都是由非线性过程触发的。

此外，科学家们利用TaRA模型提供的两种不同方法计算合唱波的扫频，并将其与观测和模拟结果进行对比。结果表明，基于非线性过程和背景磁场不均匀性计算的扫频与仿真结果具有高度的一致性。

这些发现表明，尽管火星和地球拥有截然不同的磁场和等离子体环境，但在火星上观测到的合唱波现象遵循与地球磁层中相同的基本物理过程。该研究验证了TaRA模型在描述磁场不均匀性五阶差极端条件下合唱波扫掠物理过程的广泛适用性，证实了火星上合唱波的存在，为测试和应用提供支持极端条件下的TaRA模型。