相干信号

晚上好。我得先说清楚——我从业地震学领域已有二十二年，其中最后十一年专门从事环境噪声分析工作，这是我第一次打电话给像你们这样的节目。我打这个电话，是因为我真的不知道该怎么处理我发现的东西。我在内华达州东部的一个监测站工作。我们距离最近的城市中心大约有三百四十公里——这个距离不是随意的。正是因为这个距离，监测站才被建在这里。人为噪声，人类活动产生的信号，交通、工业、数百万台机器同时运转产生的低频渗透，当你离城市太近时，这些会污染一切。你需要那样的距离才能听到不被我们干扰的地球之声。我的研究领域是背景地震噪声。不是地震。大多数人认为地震学就是研究地震，确实有这方面，但还有一个完整的平行学科专门研究地球在什么都没发生时的表现。当你运行地震仪，没有地震事件、没有大风暴、周围也没有人类活动时，你仍然能获得信号。地球在低鸣。连续的自由振荡在地幔和地壳中传播。主要周期的集中范围在2到7毫赫兹之间。我们叫它地球的低鸣。这是真实的，被全球测量记录，但源机制仍未被完全理解。那些背景。那沉寂的、看似无组织的信号。这就是我过去十年左右一直在研究的。事情开始的那个周末是2019年11月的第一个星期六。我的同事陈博士在波特兰的学术会议上做演讲。所以就只有我和这些仪器。我计划对长周期通道进行例行质量检查，并处理一些积压的数据。我带了一热瓶咖啡和一本库里的书，最后都没看。在做这一切之前，我调出了前八周的交叉谱输出，有什么东西让我停了下来。

交叉谱分析是一种研究噪声中不同频率成分如何随时间相互关联的方法。通常结果会证实你的预期：海洋生成的微地震主导着5到10秒的频段，大气压在更长的周期中，然后是地球的低鸣在所有这些下面，本质上在谱密度上是平的，没有特别的组织。但我看到的是一个大约0.031赫兹的成分，它根本不应该是相干的。那是大约32秒的周期。正好在我们称之为微地震凹陷的频率范围的边缘，一个自然噪声下限很低、源归属真正有歧义的频段。这个成分是窄带的。非常窄。比任何已知机制会产生的都要窄得多。而且它在整个八周的时间窗口内保持相干性，这排除了任何瞬时伪迹。它一直都在那里，连续不断，整个八周都如此。我最初的判断是这是仪器问题。传感器外壳的共振，或电子反馈。我以前见过这样的情况。我查看了站点健康日志，浏览了校准记录。一切都正常。地下室温度稳定在四分之一度以内。没有电源波动，没有传感器漂移。仪器没问题。我的第二个判断是来自附近连续运行的人为源的干扰。所以我查阅了我们的地区人为噪声清单。32秒周期不符合工业源。不符合电网谐波、交通特征、泵送操作，都不符合。我查遍了整个清单。我记得自己靠在椅子上，只是盯着谱图看。峰值很干净。对称。那是只有真正周期性的东西才会有的形状，不是近似的。无论这是什么，它的精确度以某种方式让我感到不安。

显而易见的做法是检查网络。我们通过联盟与全球大约四十个其他站点实时共享数据，我调出了其中六个站点过去八周的数据。两个在西欧，一个在澳大利亚南部，一个在日本，一个在南非，一个在阿拉斯加。相隔数千公里，地质背景不同，仪器类型不同，本地噪声环境完全不同。六个站点都在0.031赫兹处显示相同的峰值。我想解释为什么这很重要，因为这是改变一切的东西。为了让信号在相同频率上相干地出现在地球对立两侧的站点，它必须是全球性的。它必须通过深层地球、地幔或地核传播，而不是通过本地源会主导的浅地壳。唯一能做到这一点的现象是大地震，或地球已知的自由振荡模式，或者是某种未被识别的现象。这不符合自由振荡谱。那些模式已被充分表征。0.031赫兹不是其中之一。而且它的窄带特性也太强了。自由振荡会衰减。它们在大地震后几天内会衰落。但这是连续的。我回到档案数据。我们的站点从二十世纪九十年代初就有清晰的记录，联盟已经数字化了一些站点从二十世纪七十年代末开始的较早记录。我花了那个下午的大部分时间来提取和重新处理它。信号在所有数据中都有。我检查的每条记录，直到最古老的可用数据。总是存在。总是在那个确切的32秒周期。不是恒定振幅，有波动，但频率从不漂移。一个单位都没有。然后我看了整个时间线上的振幅历史，信号强度从二十世纪七十年代到2019年是如何变化的。就在那时，我开始感觉自己在看一些也许我不应该看的东西。