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?cái)_亂了衛(wèi)星通信。這些發(fā)現(xiàn)促使人們對(duì)目前關(guān)于大氣和電離層相互作用的模型進(jìn)行修訂。一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)利用衛(wèi)星和地面電離層觀測(cè)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(bào)告》雜志上。

電離層是地球高層大氣中分子和原子被太陽(yáng)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(chēng)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(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電波反射和折射到地球表面。

這些重要的傳輸工作可能會(huì)被F區(qū)的不規(guī)則現(xiàn)象所干擾。在白天，電離層被太陽(yáng)的紫外線(xiàn)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(duì)此的破壞，如等離子體、電場(chǎng)和中性風(fēng)的運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致形成一個(gè)局部的不規(guī)則的增強(qiáng)等離子體密度。這個(gè)區(qū)域可以增長(zhǎng)和演變，形成一個(gè)叫做EPB的氣泡狀結(jié)構(gòu)。EPB可以延遲無(wú)線(xiàn)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(zhǎng)期以來(lái)，人們假設(shè)它們是由火山活動(dòng)等陸地事件形成的。對(duì)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(guó)際團(tuán)隊(duì)，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(cè)試這一理論的絕佳機(jī)會(huì)。

湯加火山噴發(fā)是歷史上最大的海底噴發(fā)。這使得該團(tuán)隊(duì)能夠利用Arase衛(wèi)星來(lái)檢測(cè)EPB的發(fā)生，利用Himawari-8衛(wèi)星來(lái)檢查氣壓波的最初到達(dá)，并利用地面電離層觀測(cè)來(lái)跟蹤電離層的運(yùn)動(dòng)，從而測(cè)試他們的理論。他們觀察到整個(gè)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(dá)之后。

Shinbori說(shuō)："這項(xiàng)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(duì)湯加近海海底火山噴發(fā)引起的壓力波的到來(lái)的回應(yīng)。"

該小組還取得了一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。他們首次表明，電離層的波動(dòng)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(shí)開(kāi)始。這可能具有重要的意義，因?yàn)樗砻鏖L(zhǎng)期以來(lái)堅(jiān)持的即電離層擾動(dòng)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(dòng)是在湯加火山噴發(fā)引發(fā)的沖擊波最初到達(dá)之前的幾分鐘到幾小時(shí)觀察到的，"Shinbori說(shuō)。"這表明快速大氣波在電離層的傳播在沖擊波最初到達(dá)之前就引發(fā)了電離層擾動(dòng)。因此，需要對(duì)模型進(jìn)行修改，以說(shuō)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(cè)的要遠(yuǎn)。"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(jiàn)的現(xiàn)象，因此這是一個(gè)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(dá)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(shí)，我們應(yīng)該注意電離層和宇宙層之間的聯(lián)系。"

"這項(xiàng)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(shuō)。"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(huì)形成一個(gè)洞。這種情況還沒(méi)有被納入空間天氣預(yù)報(bào)模型。這項(xiàng)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。。"