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NASA:汤加火山喷发影响已达太空

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近日,科学家发现汤加火山爆发的影响波及到了太空。

GOES-17卫星捕捉到了汤加火山于2022年1月15日海底爆发时形成的伞形云团,图片来自NASA地球观测站

2022年1月15日,位于南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛海底火山爆发时,向世界多地发送了大气冲击波、音爆和海啸波。

从全球气候影响来看,我国科学家在3月发表的一项研究中提出,汤加火山爆发后次年全球平均地表温度仅下降0.004°C,不足以对全球气候产生显著影响。但其爆发的影响可以波及到太空大气。

通过分析美国国家航空航天局(NASA)电离层连接探测器(ICON)和欧洲航天局(ESA) Swarm卫星的数据,科学家发现汤加火山爆发后几小时内,在位于太空边缘的电离层(地球带电的上层大气层)形成了以飓风速度行动的风和不寻常的电流。相关成果发表在《地球物理学研究快报》(Geophysical Research Letters)。

图片来自《地球物理学研究快报》(Geophysical Research Letters)

“这座火山造成了我们在现代所见过最大的太空扰动之一。”论文主要作者、加州大学伯克利分校物理学家Brian Harding说道,“它使我们能够测试低层大气和太空之间鲜为人知的联系。”

ICON项目于2019年启动,以确定地球天气如何与太空天气相互作用,这取代了以往假设,即只有来自太阳和太空的作用力才能在电离层边缘导致天气活动。2022年1月,该探测器经过南美洲时,在电离层观测到由汤加火山所引发的来自地球对太空边缘的扰动。

“这些结果令人兴奋地展示了除了太空天气会影响地球,地球上的事件会如何影响太空天气,”位于华盛顿NASA总部的太阳物理学部门太空天气主管Jim Spann说道,“全面理解太空天气会最终帮助我们减轻它对社会的影响。”

汤加火山爆发影响示意图,图片来自NASA戈达德太空飞行中心/Mary Pat Hrybyk-Keith

当汤加火山爆发时,一股巨大的气体、水蒸气和灰尘喷向天空,并在大气中造成了巨大的压力扰动导致强风。随着风向上移动到更薄的大气层,其移动速度更快。在到达电离层和太空边缘时,ICON记录的风速高达每小时450英里,这是ICON自发射以来所测量到的120英里高度以下最强风速。

在电离层,极端的风也会影响电流。电离层中的粒子有规律地形成一股向东流动的电流,即赤道电喷流,由低层大气中的风提供动力。汤加火山爆发后,赤道电喷流的峰值功率激增到正常功率5倍,并急剧转向,短时间向西流动。

论文共同作者、加州大学伯克利分校物理学家Joanne Wu表示看到电喷流因为地球表面发生的事件产生极大逆转“令人惊讶”,“这是以前只在强磁暴中见过的情况”。强磁暴是一种由太阳粒子和辐射引起的太空天气。

前述研究有助于人们理解电离层如何受到地面和太空事件的影响。强烈的赤道电喷流与电离层物质的重新分配有关,会干扰全球定位系统和通过该区域传输的无线电信号。

未来,NASA将启动地球空间动力学星座(GDC)项目,使用一组小型卫星,犹如地面上的天气传感器,以跟踪电离层的电流和气流。通过更好地了解电离层电流的影响因素,科学家将会更好预测前述干扰所引发的严重问题。

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