作曲家罗伯特·L·亚历山大在三年前坐在他的笔记本电脑前，听着一段会让大多数人昏昏欲睡的声音文件：那是一种微弱的拍打声，就像远处旗帜在强风中飘扬，一遍又一遍地重复，有时稍微大声一点，有时安静一点。
然而，亚历山大是一个有耐心的人。在他听了四十五分钟后，拍打声停止了，取而代之的是一种像风在森林中呼啸的声音。他回忆说，那是“所有呼啸声之母”。
事实上，这种声音确实代表着类似于风的东西：太阳风，一股狂潮，横跨太空，由太阳以每秒一百万吨的速度喷射出的带电粒子。2008年，美国国家航空航天局的“风”号宇宙飞船测量了这些粒子接近地球时产生的磁场。这个磁场完全无声，但它的强度和方向会发生波动。亚历山大也是密歇根大学研究太阳数据的研究生，他应用了自己的算法将这些变化转化为可听的声音。
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这种翻译不仅仅是一种爱好。30岁的亚历山大是一支不断壮大的研究人员队伍的一员，他们致力于声音化的科学：将通常以视觉或数字方式显示的数据转化为声音。耳朵，通常比眼睛更擅长挑选出模式中的细微差异，这有助于发现视觉显示中不明显的现象。现在，它正在帮助发现隐藏的天文活动，并将癌细胞与正常细胞区分开来。
牛津大学的神经科学家安德鲁·金说，我们的耳朵“可以检测到仅在几毫秒后发生的声音变化”。相比之下，眼睛检测闪烁光线的极限约为每秒50到60次。除了太阳活动和癌症之外，声音化还被用于检查火山爆发，并辨别与宇宙微波背景相关的粒子变化模式，宇宙微波背景是宇宙大爆炸遗留下来的辐射。尽管如此，许多研究人员并没有意识到这种方法的力量。美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的空间科学家艾伦·罗伯茨说：“我将其视为一种等待被开发的工具。”
倾听数据
将数据转化为声音并不是一个新想法。1908年发明的盖革计数器在存在高能带电粒子时会发出咔哒声。在20世纪80年代，爱荷华大学的物理学家唐纳德·A·古内特用土星附近冰雹的录音吸引了听众——他将“旅行者1号”和“旅行者2号”宇宙飞船的数据转化为“砰！砰！”的声音，这是由冰冷的物质碎片撞击探测器，当它们犁过土星环时发出的声音。
苏黎世神经科学中心的神经科学家贝查拉·萨博认为，耳朵可以挑选出细微的模式，因为哺乳动物的听觉系统比大脑的大多数其他部分更快地传输神经信号。该系统拥有神经元之间已知的最大连接，一个称为Held杯状体的巨大突触。这种花状连接将声波转化为神经元活动中的尖峰；为此，Held杯状体可以每秒释放800次神经递质——大脑的信使。萨博指出，相比之下，视觉通路没有如此快速的神经连接：“最终，这些力学差异意味着，眼睛‘看不见’的刺激很容易被耳朵捕捉到。”
为了从无声数据中创建音频，科学家可以获取X射线和伽马射线的波动——或任何其他肉眼看不见的信号——并为每个频率或强度变化分配不同的声音，使其在人类听觉范围内。
诀窍在于弄清楚科学家听到的任何变化背后的含义。当亚历山大在2012年听到“呼啸”声时，他真的不知道这个声音可能意味着什么。戈达德研究员、空间物理学家罗伯特·T·威克斯也不知道，是他给了亚历山大原始数据。
但是，当威克斯开始筛选“风”号在同一时间段内记录的其他仪器的测量数据时，他注意到亚历山大的录音中存在一个奇怪的相关性。几乎每次亚历山大的文件发出“呼啸”声时，威克斯都会发现太阳风中某些带电粒子（氦离子）的密度出现上升。一种可能性是，围绕磁力线旋转的离子涌入，将它们的部分能量反向送回磁场，导致磁场摆动。
这种相互作用揭示了能量在磁场和粒子之间来回移动的一种方式。反过来，这一发现可能为太阳最深奥的谜团之一提供新的线索——为什么太阳的外层大气比其沸腾的表面热数百倍。
威克斯说，声音文件“一直是一个启示”，部分原因在于音频压缩信息的能力。“风”号宇宙飞船大约每秒测量11次太阳风携带的磁场。但音频的CD式采样率在人类听觉范围内的每秒声音中包含了44100次测量。因此，一年的磁场测量数据，如果用肉眼分析需要几个月的时间，现在只需两个小时的声音即可。
这些细微的变化已经提醒科学家们注意太阳风中的重要区别。两年前，亚历山大利用美国国家航空航天局的另一颗卫星“先进成分探测器”收集的太阳磁粒子流的测量数据制作了一个音频文件。他将显示风中两种碳离子相对丰度的信号——那些剥夺了六个电子中的四个的碳离子和那些完全被剥夺的碳离子（所有六个电子都消失了）——转化为可听的声音。在听这个文件时，亚历山大辨别出一种频率为每秒137.5周的嗡嗡声——一种接近中央C调下方C#的声音。
存在嗡嗡声本身就意味着两种碳离子的相对量随时间波动。分配给不同离子的声音不时地相互干扰。更音乐化地说，它们正在创造和谐。
亚历山大说：“我一直在深入研究数据，听取20到30个参数，我意识到当我听到碳时，存在非常强烈的谐波存在。” “如果我听到碳的声音，但没有人注意到它，我想，也许这是值得研究的东西。”
嗡嗡声的频率还隐藏着一个进一步的线索：它对应于原始航天器数据中近27天的时间间隔，即太阳在其轴线上旋转一周所需的时间。
亚历山大将他的发现带给了密歇根大学的空间物理学家恩里科·兰迪，兰迪意识到，两种碳离子类型的比率与太阳产生的两种类型的风同步变化。一种类型是快速移动的风，来自太阳外层大气（或日冕）中被称为日冕洞的黑暗、较冷的区域。这些区域中的磁力线没有紧密地聚集在一起，因此它们可以让粒子更快地逃逸。另一方面，慢速风来自较热的区域，这些区域具有更密集的磁场。
这些较高温度的区域，因为它们具有更多能量，比较冷区域更能剥夺更多碳原子的所有电子。2012年，兰迪、亚历山大及其同事在《天体物理学杂志》上发表了一篇论文，认为碳离子差异是区分两种类型太阳风的最佳方法。他们认为，该方法应取代一直是标准诊断工具的氧离子比率。提前预警Heading towards Earth的风类型可能很重要，因为每种类型都会引起不同类型的太空天气，并且它们的磁特性可能会以不同的方式扰乱卫星通信。
兰迪说：“仅通过倾听数据，您就可以比任何其他数学方法更精确地确定信号的周期。” 这一洞察力激发了他用音频探索太阳的其他特征。尽管已知太阳的活动周期（包括太阳黑子、太阳耀斑和其他爆发的数量）每11年盛衰一次，但一些科学家认为，该周期有时会持续更长时间——19到20年。兰迪说：“我们希望应用听觉分析来研究‘扩展太阳周期’及其与标准11年太阳周期的关系。”
不健康的声音
通过将数据转化为声音，可以获得更多实际的好处。英国的研究人员已经开始将声音化应用于区分癌细胞和健康细胞的问题，同时病理学家正在检查来自需要快速获得答案的患者的活组织检查样本。
伯明翰城市大学的音乐家和数字媒体技术专家瑞安·斯塔布斯说：“在英国医疗系统中，从患者身上采集活组织检查样本，送到实验室，再到分析并送回，等待时间非常长。” 在与兰开夏中央大学的分析化学家格雷姆·克莱门斯同事协商后，斯塔布斯萌生了将识别癌细胞的视觉技术转化为音频方法的想法。
斯塔布斯说：“我们希望加快这一过程，让某人在病人的房间或全科医生的办公室里就能拿到数据，确定细胞是否癌变。”
在通常的程序中，称为拉曼光谱法，病理学家将红外激光照射到载玻片上的细胞上，激光的能量促使细胞中的分子振动。不同的分子以不同的方式振动，振动会改变从样品散射回来的光子的频率。从它们散射回来的光中的颜色光谱是一种指纹，可以识别分子特性。一些分子，是癌症中异常蛋白质的一部分，具有与正常蛋白质不同的指纹。然而，视觉差异是细微的，需要时间和专业知识才能确定细胞是否健康。
当然，微妙是听觉的专长。斯塔布斯的合作者，位于英国剑桥的欧洲研究和教育高速网络联盟DANTE的物理学家和音乐家多梅尼科·维辛扎说：“人耳自然地训练有素，可以发现模式和规律性，并且比眼睛更擅长识别它们。” 例如，维辛扎说，眼睛无法区分每秒闪烁30次和60次的光，但耳朵可以区分每秒振动30次和60次的声音源。
斯塔布斯与维辛扎合作，对数据进行了声音化处理，重点关注视觉光谱中显示癌细胞和健康细胞之间差异的部分，并将它们转化为独特的声音。斯塔布斯说，他对健康细胞和癌细胞的声音化光谱之间存在差异并不感到惊讶，但他评论说，“我惊讶的是我们能够如此出色地对这些差异进行分类。”
在测试中，约150名临床医生获得了300个声音文件，每个文件代表一个不同的组织样本。斯塔布斯说，临床医生正确辨别样本之间差异的准确率约为90%。他和他的同事于去年六月在纽约市举行的第20届国际听觉显示会议上报告了这项工作。斯塔布斯说，在一年内，该团队预计将开始在医生办公室测试其声音化光谱。
斯塔布斯还认为，这种方法可以进入手术室，让医生在手术过程中快速获得反馈，了解他们是否已切除所有癌细胞或是否仍有残留。为了使这项工作奏效，必须快速完成光谱分析、声音化并广播到手术室。这意味着斯塔布斯和他的同事不仅要选择能够保留原始光谱特征的音调、音高和音色，还要创造出悦耳的声音。
斯塔布斯说：“如果您正在进行某种高精度外科手术，您不希望耳朵里一直有这种令人分心的持续响声。” “在使信号不分散注意力，同时又保留与辨别两种类型的组织或细胞之间的差异实际相关的数据质量之间找到平衡是非常困难的。” 但他对临床医生的测试表明，声音化器已经找到了一个很好的平衡点。
声音与视觉
尽管声音化比视觉显示具有优势，但斯塔布斯、亚历山大和其他声音专家面临着一个主要障碍：仅仅是让研究人员尝试这种探索数据的新方法。亚历山大说，从小学开始，“我们就被视觉表现形式——条形图和饼图——所包围”。他补充说，当某人成为科学家时，“他们有一种语法，他们了解这些图表如何发挥作用以及一种内在逻辑，而当你按下‘播放’按钮并第一次听数据时，你没有词汇，所以你真的没有比较的基础。”
但是，最近对某些研究的普及可能有助于突出音频方法的价值。例如，一对轨道恒星的剧烈行为的X射线记录已被转化为一张专辑，可在iTunes上购买，其中收录了以阿非利卡-古巴节奏为特色的音乐。
这对名为EX Hydrae的恒星由一颗白矮星（一颗年老的超致密恒星）组成，它与一颗蓬松的普通恒星紧密地结合在一起。当这两颗恒星相互环绕时，白矮星会从它的伴星身上撕裂物质，喷射到太空中的X射线已被美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台记录下来。盲人天体物理学家旺达·迪亚兹-默塞德使用一个开源计算机程序xSonify，将X射线的波动能量转化为音频。一些有音乐天赋的同事看到其中一些数据被打印成音符。它们非常像一种节奏模式，称为克拉夫，在阿非利卡-古巴音乐和波萨诺瓦音乐中发现。德国作曲家沃尔克马尔·斯图德鲁克，一位科学家的表弟，接受了这个想法并加以发挥，创作了一首X射线波萨诺瓦、赋格曲、华尔兹、布鲁斯作品、爵士民谣以及其他几首基于从X射线中提取的不同音符序列的作品。这张专辑以钢琴、贝斯和鼓为特色，名为《X射线九头蛇》。
这些作品在天文学界和其他科学家中非常受欢迎，这对亚历山大来说是悦耳的音乐：“部分挑战实际上只是让数据传播出去，让更多人倾听。” 他认为倾听将带来新的发现。亚历山大说，这种音频“充满了短暂而细微的声音”，“每一个声音都是一个等待解决的物理难题。”