電離層干擾比預想多，帶電粒子分布、電漿結構出現不尋常特徵

地球電離層對無線電通訊、導航訊號至關重要，任何異常風吹草動都可能影響訊號傳播。最近，NASA 一項觀測任務發現電離層電漿氣泡出現意想不到的形狀，赤道帶電粒子帶則於不尋常時間點形成，表明地球大氣動力學比想像還要複雜。

電離層分布於地表向上延伸約 80～640 公里範圍，與無線電波傳播技術息息相關，當白天陽光照射地球，紫外線和 X 射線能量會電離空氣分子，使自由電子在與正電荷離子合併前短暫自由活動，電離層因此帶電形成「帶電粒子湯」，自由電子的數量多到足以使無線電訊號長距離傳播。

不過地球赤道附近帶電粒子沿著磁場線向上、向外聚集，於赤道南北部形成 2 條密集粒子帶，科學家稱為「波峰（crest）」，而入夜後太陽能量減弱，電離層形成低密度電漿氣泡，這兩樣都會干擾無線電與 GPS 訊號。

先前科學家已短暫觀測過電離層波峰與氣泡，NASA 的 GOLD（Global-scale Observations of the Limb and Disk）因位於地球靜止軌道，可以長時間監測這些特徵，也曾發現太陽風暴或巨大火山爆發後，電離層波峰會合併形成 X 形。

但最近，GOLD 發現就算沒有上述情景，波峰也在科學家料想不到的「沉寂時間」與地點多次出現 X 形結構。

這代表形成 X 形結構一定涉及其他局部驅動機制，電腦模擬表明，當低層大氣活動拉低電漿高度，X 形狀便可能形成；此外，GOLD 還看見奇怪 C 形電漿氣泡，表明大氣存在其他影響電離層令人費解的動力學。

NASA 表示，多數電漿氣泡沿著磁場線形成，看起來又長又直，但有些氣泡彎曲成 C 形與反C形，很可能與陸地風有關，比如類似龍捲風的大氣活動。

這些觀察結果告訴我們，地球大氣動力學比預期更複雜，持續觀測並集合其他太陽物理數據，將有助改善太空天氣預報和無線電通訊。

新論文發表在《The Journal of Geophysical Research: Space Physics》期刊。

• Strange Shapes Have Been Revealed in Earth’s Upper Atmosphere
• Alphabet Soup: NASA’s GOLD Finds Surprising C, X Shapes in Atmosphere

（首圖來源：NASA）