東加火山爆發造成的大氣漣漪,對太空天氣產生影響

作者 | 發布日期 2022 年 01 月 28 日 8:45 | 分類 環境科學 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly
NASA / Kayla Barron, Public domain, via Wikimedia Commons


東加火山噴發始於去年 12 月,但直到當地時間 1 月 15 日 17:15 才發生大爆炸,爆炸時的巨大火山灰雲衝上大氣平流層,造成芮氏規模 7.4 強震,以及後續海嘯現象,遠及東太平洋秘魯,西及日本東岸,就連美國阿拉斯加州都聽得到火山爆發的聲音。

這次噴發似乎還產生一系列「大氣重力波」,從火山向外以同心圓輻射,許多科學家正在研究這些波動對太空的影響,特別是衛星通訊、全球衛星定位系統(GPS)、國際太空站等低至中軌道的衛星。

由於大氣對人眼而言幾乎透明,看似沒什麼變化的天空其實是複雜動態結構,大氣重力波就像海洋表面波浪,由多種機制產生,包含地磁暴、地震、火山爆發、雷暴甚至日出,其實雲朵就是這些現象的痕跡。大氣重力波不僅水平傳播,還會向上傳播到電離層,電離層約在地球大氣層65~1,000公里處,如此高層大氣環境,氣體分子會部分離子化,形成所謂電漿態,就有正/負離子產生,這些特性會影響到波長較長的無線電波,使高頻無線電通訊與超視距雷達等幾種現代化技術得以作用,但電離層也會受天氣影響,大部分情況是由太空天氣及地球事件造成。

當任何源頭產生的大氣重力波抵達電離層時,會觸發擾動現象,壓縮波可短時間內大幅增強電漿密度波動,且傳播數千公里,這些影響會干擾前述現代技術,2013及2015年火山爆發已證實地面GPS接收站的可測量變量與其(即電離層擾動)有關,干擾GPS的精確度。

▲ 2013年12月不同日期的影像,明亮光點是天空自然的無線電波,左圖是安靜的夜晚,右圖則是大氣層受影響的結果。

為了更詳細研究這些干擾,科學家使用低頻陣列(Low frequency array)資料,是一組大型無線電望遠鏡陣列,分布在歐洲各地,當透過電離層觀察太空無線電來源時,就像透過一杯水觀察物體,如果水被攪拌或搖晃,影像會產生震盪或扭曲,透過這些失真現象可了解電離層發生什麼事。科學家將調查東加火山噴發是否有明顯模式或規則,幫助我們更了解地球火山爆發如何影響太空。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為國際太空站拍攝東加火山噴發產生的大氣羽流,來源:NASA / Kayla Barron, Public domain, via Wikimedia Commons)

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