次声波概述

　　一、无人船之谜

　　迄今为止，人们在茫茫大海上已发现了数十艘无人船，孤独，奇异而神秘，像诉说一桩桩故事，却又无从说起。1855年2月28日，英国三桅帆船马拉顿号在北大西洋遇到一艘美国船徒瑞姆斯·切斯捷尔号。该船风帆垂落，空无一人，而船只完好，货物依然如故，食物淡水充足，也无任何搏斗和暴力的迹象，只是不见一人，也找不到航海日记和罗盘。

　　1880年，人们在美国罗德艾兰州纽波特市伊斯顿斯·比奇镇附近的海面上也发现一艘名叫西拜尔德的无人船，船长室的早餐尚在，而全体船员却不知去向了。更为神秘的要算1881年底，美国快速机帆炮舰爱伦·奥斯汀号所经历的一件事了。这年12月12日，快速机帆炮舰巡游时，在北大西洋中发现一艘无人帆船。该船内除无人外，一切正常，水果、瓶装酒、淡水、食物完好无缺。舰长格里福芬命几个水兵留在帆船上，由他的军舰拖着这条船航行。离海岸还有三天路程时，海上狂风大作，拖船用的缆绳断裂，黑夜茫茫，两船失去了联系，呼叫无音。第二天，当爱伦·奥斯汀号发现该帆船时，但舰长派出的水兵都不见了!此时离纽约只有300公里，眼看就要到家了。格里福芬舰长又用重金买动了几个人到那艘帆船上去、这一天能见度很好，微风习习。黎明前，爱伦·奥斯汀号舵手发现船偏离了航线，当他回头再看拖着的帆船时，不禁大吃一惊：帆船不见了!就这样，这艘帆船的失踪成了航海史上又一个神秘的谜。

　　对于无人船案件，科学家给人们提供了一个谜底：海洋之声。确切地说，此类事件的出现，大都可能是受到海洋次声波的作用而造成的。

　　海洋次声波一般在风暴和强风下出现，其频率低于2O赫兹。以波浪表面波峰部波流断裂的程度，决定次声波的能量。如果是大风暴，次声波的功率可达数十千瓦。而次声波属弱衰减型能量)，因而可以传得很远。当海船遇到这种强能量的次声波时，次声波对生物体会造成辐射现象。某些频率的次声波，可引起人的疲劳。痛苦，甚至导致失明。同时，过强的次声波常使人们惊恐导致人员失踪。

　　鉴于上述情况。目前有的国家已建立了预报次声波的机构。当它接受到危及生命的次声波寸，就立刻向有关方面发出预报，以减少"海洋之声"给航海人员带来的危害。

　　二、能翻山越岭的次声波

　　次声是频率低于可听声频率范围的声，它的频率范围大致为1×10-5Hz～20Hz。次声学是研究次声波在媒质中的产生、传播和接收及其效应和应用的科学。

　　由于次声的频率很低，所以大气对次声波的吸收系数很小，因而其穿透力极强，可传播至极远处而能量衰减很小。10Hz以下的次声波可以跨山越洋，传播数千千米以远。1983年夏季，印度尼西亚苏门答腊和爪哇之间的喀拉喀托火山发生了一次震惊全球的火山爆发，产生的次声波曾绕地球转了3圈，历时108小时。1986年1月29日0时38分，美国航天飞机"挑战者"号升空爆炸，产生的次声波历时12小时53分钟。通常的隔音吸音方法对次声波的特强穿透力作用极微，7000赫兹的声波用一张纸即可隔档，而7赫兹的次声波用一堵厚墙也挡不住、次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。

　　强烈的次声波通过固体媒质的传播，会直接破坏建筑物，使其损坏或坍塌。

　　1980年，我国南京某广场的一座大楼施工时，打桩机产生的强烈振动波，把工地附近一家电影院的墙壁震裂，致使这家电影院不得不被拆掉重建。

　　1983年夏，位于印度尼西亚苏门答腊岛和爪哇岛之间的喀拉喀托火山爆发，火山爆发时产生的强次声波绕地球转了3圈，历时108小时后才慢慢消逝。全世界的微气压计都记录到了它的振动余波。

　　1986年1月29日，美国"挑战者"号航天飞机在升空时爆炸，爆炸产生的次声波历时12小时53分，其爆炸威力之强，连远在1万多公里处的我国北京香山中科院声学研究所监测站的监测仪都"听"到了。

　　大气温度密度和风速随高度具有不均匀分布的特性，使得次声在大气中传播时出现"影区"、聚焦和波导等现象。当高度增加时，气温逐渐降低，在20公里左右出现一个极小值;之后，又开始随高度的增加，气温上升，在50公里左右气温再次降低，在80公里左右形成第二个极小值;然后又升高。大气次声波导现象与这种温度分布有密切关系，声波主要沿着温度极小值所形成的通道(称为声道)传播，通常将20公里高度极小值附近的大气层称为大气下声道，高度80公里附近的大气层称为大气上声道。次声波在大气中传播时，可以同时受到两个声道作用的影响。在距离声源100～200公里处，次声信号很弱，通常将这样的区域称为影区。在某种大气温度分布条件下，经过声道传输次声波聚集在某一区域，这一区域称它为聚焦区。

　　风也会对次声在大气中的传播产生很大的影响。次声的传播在顺风和逆风时差别很大：顺风时，声线较集中于低层大气;逆风时，产生较大的影区。不同频率的次声在大气声道中传播速度不相同，产生频散现象，这使得在不同地点测得次声波的波形各不相同。

　　大气的密度随高度增加而递减，如果次声波的波长很大，例如有几十公里长，这时，在一个波长的范围内，大气密度已经产生显著的变化了。当大气媒质在声波的作用下受到压缩时，它的重心较周围媒质提高，这时除了弹性恢复力作用外，它还受重力的作用。反之，当它在声波作用下膨胀时，也有附加重力作用使它恢复到平衡状态。所以长周期的次声波，除了弹性力作用外，还附加有重力的作用，这种情况下，次声波通常称为声重力波。声重力波在大气中传播时，在理论上可以看作是一些简正波的叠加。基本上可分为声分支和重力分支。它们在大气中传播都具有频散现象。由于重力分支主要能量在地面附近传播。相应地面附近温度较高，因此传播速度较大。

　　三、无声杀手——次声波武器

　　次声波具有较大的破坏性。高空大气湍流产生的次声波能折断万吨巨轮上的桅杆，能将飞机撕得四分五裂;地震或核爆炸所激发的次声波能将高大的建筑物摧毁;海啸带来的次声波可将岸上的房屋毁坏。次声的频率与人体器官的固有频率相近(人体各器官的固有频率为3~17Hz，头部的固有频率为8~12Hz，腹部内脏的固有频率为4~6Hz)，当次声波作用于人体时，人体器官容易发生共振，引起人体功能失调或损坏，血压升高，全身不适;头脑的平衡功能亦会遭到破坏，人因此会产生旋转感、恶心难受。许多住在高层建筑上的人在有暴风时会感到头晕恶心，这就是次声波作怪的缘故。如果次声波的功率很强，人体受其影响后，便会呕吐不止、呼吸困难、肌肉痉挛、神经错乱、失去知觉，甚至内脏血管破裂而丧命。由于次声波的频率与人及生物体主要器官的固有频率十分接近，所以在其作用下，人及生物体的主要器官就会不由自主地产生共振，轻则使人惶恐不安，神经错乱;强大的次声波可以使人的内部器官造成不同程度的破坏和损伤，直至死亡，所谓次声波武器就是利用这一原理来对人体产生影响和杀伤作用的一类新概念武器。由于人听不到、看不见、摸不着次声波，所以又有人把次声波武器称之为"无声杀手"、"哑巴武器"等。

　　1988年在美国的蒙大拿州的一个乡间，全副武装的宗教狂热分子蛰伏在一幢大楼里，声称要与大楼同归于尽，来威胁联邦调查局的特工人员。当特工人员对他们一筹莫展时，有人推来了一个形似大喇叭一样的装置与其"对话"。几分钟后，狂热分子像中了邪一样，一个接一个地东倒西歪、头晕目眩，有的精神错乱、烦躁不安、有的还腹泻、呕吐等，当特工人员轻松地给他们戴上手铐时，狂热分子还不知自己已中了"无声杀手"——次声波武器的暗算。

　　次声波武器与传统的常规武器相比，有着其独特的优点。首先，它的使用具有真正的隐蔽性，很容易达成对有生力量袭击的突然性，且不污染环境，也不会破坏自然物质;其次，由于次声波的频率低，衰减极少，因此它的传播距离很远。比如，炮弹爆炸时产生的声波在几千米以外就听不见了，但它所产生的次声波，却可传到80公里以外。氢弹爆炸时产生的次声波行程可达十来万公里，能绕地球好几圈。军事上还可以用次声波的远距离传播来探测并识别火箭的发射等;此外，次声波武器的穿透能力很强。一般的建筑或隔音墙是难以挡住次声波的传播的，甚至它可以穿透十几厘米厚的钢筋混凝土。所以即使人躲藏在掩蔽所里，或坐在坦克、装甲车及飞机内，或在深海的潜艇中，也都难以逃避次声波武器的攻击。另外，只要防护设施上存在孔洞或缝隙，次声波也会无孔不入地钻进去。

　　次声波武器归纳起来可分为两类。第一类是"神经型"的：它主要是刺激人员的大脑来麻痹人员的神经，使其在心理和意识上产生一定的影响。轻者感觉不适，注意力无法集中，情绪上恐惧不安，引起头痛、恶心、晕眩等;严重时会使人神经错乱，癫狂不止，休克错厥，丧失思维能力。利用这一效应可使作战人员无法执行作占任务。第二类是"器官型"的：在这类次声波武器的作用下，人的主要内脏器官产生共振，轻则肌肉痉挛、全身颤抖、呼吸困难，重则血管破裂、内脏损伤，直至死亡。(科技日报1997年12月9日)

　　次声波在杀伤敌人的同时，不会造成环境污染，不破坏对方的武器装备，可作为战利品，取而用之。

　　据说，第一台次声波发生器是由法国人在1972年发明的，它产生的次声波可以损害5km以外的人。发明者还得出结论：频率为7Hz的次声波可对人体造成致命的打击。有报道称，美军在干预索马里期间已经试用过某些音响或声音武器的样品。这些武器可以使人的内脏发生震动，把人震昏，使人感到恶心，甚至使肠子里的粪便液化，不断腹泻。

　　四、次声波的利用

　　另一方面，通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制，可以更深入地认识这些现象的特性和规律。例如人们利用测定极光产生次声波的特性来研究极光活动的规律等。利用接收到的被测声源所辐射出的次声波，探测它的位置、大小和其他特性，例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波，因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。

　　次声在大气中传播时，很容易受到大气媒质的影响，它与大气中风和温度分布等有密切的联系。因此可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中传播特性的测定，可以探测某些大规模气象的性质和规律。

　　五、警惕次声波污染

　　经科学家证实，次声波在所有场合都是有害的。弱的次声波影响内耳，引起晕船;强的次声波使身体振荡，破坏人体的机能，甚至使心脏停止跳动;中等强的次声波会导致食道功能和脑功能紊乱，甚至造成眼盲。

　　次声波之所以对人体健康有如此大的危害，是因为它的频率和人体固有的频率是相吻合的。因此，一旦高强度的次声波作用于人体，就会引起人体某些器官的强烈振动，甚至共振，使人产生头晕、耳鸣、恶心、失眠、神经错乱、四肢麻木等症状，严重者还可致人于死地。

　　让人头痛的是，由于次声波的穿透力极强，几乎没有什么办法能够消除它对人体的危害。人们惟一能做的就是在各种次声波污染物上(交通工具、打桩机等)安上减振器，把它对人体的危害减小到最低程度。