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一個國際團隊利用衛(wèi)星和地面電離層觀測證明，火山爆發(fā)引發(fā)的氣壓波可能在電離層產(chǎn)生赤道等離子體氣泡(EPB)，嚴重破壞衛(wèi)星通信。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《科學報告》雜志上。

電離層是地球高層大氣的區(qū)域，分子和原子被太陽輻射電離，產(chǎn)生帶正電的離子。電離粒子濃度最高的區(qū)域稱為F區(qū)，即地球表面上方150至800公里的區(qū)域。F區(qū)在遠距離無線電通信中起著至關重要的作用，將衛(wèi)星和GPS跟蹤系統(tǒng)使用的無線電波反射和折射回地球表面。

這些重要的傳播可能會因F區(qū)的不規(guī)則性而中斷。白天，電離層被太陽的紫外線輻射電離，在赤道附近產(chǎn)生密度最高的電子密度梯度。然而，對此的破壞，例如等離子體，電場和中性風的運動，可能導致形成增強等離子體密度的局部不規(guī)則性。這個區(qū)域可以生長和進化，形成一種稱為EPB的氣泡狀結(jié)構(gòu)。EPB 會延遲無線電波并降低 GPS 的性能。

由于這些密度梯度會受到大氣波的影響，因此長期以來一直假設它們是由火山活動等陸地事件形成的。對于由名古屋大學空間地球環(huán)境研究所(ISEE)的指定助理教授Atsuki Shinbori(他，他)和Yoshizumi Miyoshi教授(他，他)領導的國際團隊，與NICT，電氣通信大學，東北大學，金澤大學，京都大學和ISAS合作，湯加火山噴發(fā)為他們提供了一個測試這一理論的絕佳機會。

湯加火山噴發(fā)是歷史上最大的海底噴發(fā)。這使得該團隊能夠使用Arase衛(wèi)星來檢測EPB的發(fā)生，使用Himawari-8衛(wèi)星來檢查氣壓波的初始到達以及地面電離層觀測以跟蹤電離層的運動來測試他們的理論。他們觀察到赤道上電子密度的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，這是在火山爆發(fā)產(chǎn)生的壓力波到達后發(fā)生的。

“這項研究的結(jié)果顯示，亞洲赤道至低緯度電離層產(chǎn)生的盾構(gòu)機是為了應對湯加附近海底火山噴發(fā)引起的壓力波的到來，”Shinbori說。

該小組還取得了令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。他們首次表明，電離層漲落比等離子體氣泡產(chǎn)生的大氣壓力波早幾分鐘到幾小時開始。這可能具有重要意義，因為它表明需要修訂長期存在的地圈-大氣-宇宙圈耦合模型，該模型指出電離層擾動只發(fā)生在火山爆發(fā)之后。

“我們的新發(fā)現(xiàn)是，在湯加火山爆發(fā)引發(fā)的沖擊波最初到達之前幾分鐘到幾小時觀察到電離層擾動，”Shinbori說?！斑@表明快速大氣波在電離層中的傳播在沖擊波最初到達之前觸發(fā)了電離層擾動。因此，需要修改模型以解釋電離層中的這些快速大氣波。

他們還發(fā)現(xiàn)，EPB的延伸比標準模型預測的要遠得多?！耙郧暗难芯勘砻?，在如此高的海拔地區(qū)形成等離子體氣泡是罕見的，這使得這是一種非常不尋常的現(xiàn)象，”Shinbori說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)這次噴發(fā)形成的EPB甚至到達了電離層以外的空間，這表明當湯加事件等極端自然現(xiàn)象發(fā)生時，我們應該注意電離層和宇宙圈之間的聯(lián)系。

“這項研究的結(jié)果不僅從科學的角度來看意義重大，而且從空間天氣和防災的角度來看也是重要的，”他說?！霸跍踊鹕絿姲l(fā)等大規(guī)模事件的情況下，觀測表明，即使在正常情況下被認為不太可能發(fā)生的條件下，電離層中也會形成一個洞。這種情況尚未納入空間天氣預報模型。這項研究將有助于預防與地震、火山爆發(fā)和其他事件引起的電離層擾動相關的衛(wèi)星廣播和通信故障。

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