研究表明，火山爆發(fā)可以在電離層中產(chǎn)生等離子體氣泡，極大地擾亂了衛(wèi)星通信。這些發(fā)現(xiàn)促使人們對目前關(guān)于大氣和電離層相互作用的模型進行修訂。一個國際團隊利用衛(wèi)星和地面電離層觀測證明，由火山爆發(fā)引發(fā)的氣壓波可以在電離層中產(chǎn)生赤道等離子體氣泡（EPB），嚴(yán)重破壞衛(wèi)星通信。他們的發(fā)現(xiàn)將于今天（5月22日）發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上。

電離層是地球高層大氣中分子和原子被太陽輻射電離的區(qū)域，產(chǎn)生帶正電的離子。電離粒子濃度最高的區(qū)域被稱為F-區(qū)域，是距離地球表面150至800公里的區(qū)域。F-區(qū)在長距離無線電通信中起著至關(guān)重要的作用，它將衛(wèi)星和GPS跟蹤系統(tǒng)使用的無線電波反射和折射到地球表面。

這些重要的傳輸工作可能會被F區(qū)的不規(guī)則現(xiàn)象所干擾。在白天，電離層被太陽的紫外線輻射電離，形成電子的密度梯度，赤道附近的密度最高。然而，對此的破壞，如等離子體、電場和中性風(fēng)的運動，會導(dǎo)致形成一個局部的不規(guī)則的增強等離子體密度。這個區(qū)域可以增長和演變，形成一個叫做EPB的氣泡狀結(jié)構(gòu)。EPB可以延遲無線電波并降低GPS的性能。

由于這些密度梯度可以受到大氣波的影響，長期以來，人們假設(shè)它們是由火山活動等陸地事件形成的。對于由名古屋大學(xué)空間地球環(huán)境研究所（ISEE）的指定助理教授Atsuki Shinbori和教授Yoshizumi Miyoshi領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊，與NICT、電氣通信大學(xué)、東北大學(xué)、金澤大學(xué)、京都大學(xué)和ISAS合作，湯加火山爆發(fā)為他們提供了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)。這使得該團隊能夠利用Arase衛(wèi)星來檢測EPB的發(fā)生，利用Himawari-8衛(wèi)星來檢查氣壓波的最初到達，并利用地面電離層觀測來跟蹤電離層的運動，從而測試他們的理論。他們觀察到整個赤道的電子密度的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)發(fā)生在火山噴發(fā)產(chǎn)生的壓力波到達之后。

Shinbori說："這項研究的結(jié)果顯示，在亞洲的赤道至低緯度電離層中產(chǎn)生的EPB是對湯加近海海底火山噴發(fā)引起的壓力波的到來的回應(yīng)。"

該小組還取得了一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。他們首次表明，電離層的波動比參與產(chǎn)生等離子體氣泡的大氣壓力波早幾分鐘到幾小時開始。這可能具有重要的意義，因為它表明長期以來堅持的即電離層擾動只發(fā)生在噴發(fā)之后地球圈-大氣圈-宇宙圈耦合模型需要修改。

"我們的新發(fā)現(xiàn)是，電離層擾動是在湯加火山噴發(fā)引發(fā)的沖擊波最初到達之前的幾分鐘到幾小時觀察到的，"Shinbori說。"這表明快速大氣波在電離層的傳播在沖擊波最初到達之前就引發(fā)了電離層擾動。因此，需要對模型進行修改，以說明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(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的要遠。"以前的研究表明，在如此高的高度形成等離子體氣泡是一種罕見的現(xiàn)象，因此這是一個非常不尋常的現(xiàn)象，我們發(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(dāng)極端自然現(xiàn)象，如湯加事件發(fā)生時，我們應(yīng)該注意電離層和宇宙層之間的聯(lián)系。"

"這項研究的結(jié)果不僅從科學(xué)的角度，而且從空間天氣和災(zāi)害預(yù)防的角度都具有重要意義，"他說。"在大規(guī)模事件的情況下，如湯加火山爆發(fā)，觀察表明，即使在被認(rèn)為在正常情況下不太可能發(fā)生的條件下，電離層中也會形成一個洞。這種情況還沒有被納入空間天氣預(yù)報模型。這項研究將有助于防止與地震、火山爆發(fā)和其他事件引起的電離層干擾有關(guān)的衛(wèi)星廣播和通信故障。。"