由牛津大學研究人員領導的一項新的分析表明，2022年1月毀滅性的亨加-湯加-亨加-哈帕伊火山爆發創造了有記錄以來最高的火山煙羽。在57公里高（35英里）的地方，噴發產生的火山灰雲也是第一次在中間層被觀察到，中間層是大氣中比較常見的與流星有關的高度層。

湯加火山爆發高度圖，一個動畫顯示了利用三顆氣象衛星的數據計算出的噴發高度。資料來源：Simeon Schmauß/日本氣象廳/韓國氣象局/國家海洋和大氣管理局

利用衛星拍攝的圖像，研究人員已經證實，2022年1月亨加-湯加-亨加-哈派火山的噴發產生了有史以來最高的煙羽記錄。這次巨大的噴發也是第一次被直接觀察到突破了大氣層的中間層。由牛津大學物理系和RAL空間公司的科學家組成的團隊的研究結果於11月3日發表在《科學》雜誌上。

2022年1月15日，位於南太平洋湯加群島的海底火山Hunga Tonga-Hunga Haʻapai猛烈噴發。這次爆炸是有史以來觀察到的最強大的爆炸之一，向全世界發出衝擊波，並引發了毀滅性的海嘯，使成千上萬的人無家可歸。一股高聳的火山灰和水柱被噴入大氣層–但直到現在，科學家們還缺乏一種精確的方法來測量這到底有多高。

日本的Himawari-8衛星看到的整個地球盤，火山噴發在右下方。資料來源：Simon Proud / 牛津大學，RALSpace NCEO / 日本氣象廳

通常情況下，火山煙羽的高度可以通過測量基於紅外線的衛星在頂部記錄的溫度，並將其與參考垂直溫度曲線進行比較來估計。這是因為在對流層（地球大氣的第一層和最低層），溫度隨著高度的增加而降低。但是，如果噴發非常大，以至於羽流滲透到大氣層的下一層（平流層），這種方法就會變得模糊不清，因為溫度又開始隨高度增加（由於臭氧層吸收了太陽紫外線輻射）。

為了克服這個問題，研究人員使用了一種基於”視差效應”現象的新方法。這是從多條視線看一個物體的位置的明顯差異。你可以通過閉上你的右眼，伸出一隻手，大拇指向上舉起，自己就可以看到這一點。如果你換一下眼睛，讓你的左眼閉上，右眼睜開，你的拇指就會在背景中出現輕微移動。通過測量這種明顯的位置變化，並將其與已知的兩眼之間的距離相結合，你就可以計算出與拇指的距離。

日本的Himawari-8衛星在2022年1月15日04:10 UTC拍攝的噴發放大圖，大約在噴發開始後10分鐘資料來源：Simon Proud / 牛津大學，RALSpace NCEO / 日本氣象廳

湯加火山的位置被三顆靜止氣象衛星所覆蓋，因此研究人員能夠將視差效應應用於這些衛星拍攝的空中圖像。最重要的是，在火山爆發期間，衛星每10分鐘記錄一次圖像，從而能夠記錄下煙羽軌蹟的快速變化。

結果顯示，煙羽在其最高範圍內達到了57公里（35英里）的高度。這明顯高於之前的記錄保持者：1991年菲律賓皮納圖博火山的爆發（最高點40公里/25英里），以及1982年墨西哥El Chichón火山的爆發（31公里/19英里）。這也使得該羽流成為火山噴發通過平流層直接注入中層的第一個觀測證據，中層開始於地球表面以上約50公里（31英里）。

日本的Himawari-8衛星在2022年1月15日04:50 UTC拍攝的噴發放大圖，大約在噴發開始後50分鐘。資料來源：Simon Proud/牛津大學，RALSpace NCEO/日本氣象廳

“這是我們有史以來第一次記錄到火山煙羽到達中間層的情況。19世紀的喀拉喀托火山可能也是如此，但我們沒有看到足夠的細節來確認，”牛津大學國家地球觀測中心和科技設施委員會RAL空間設施的高級科學家Simon Proud博士說。

“這是一個非凡的結果，因為我們以前從未見過這麼高的任何類型的雲，”Proud補充說。”此外，以我們所做的方式（使用視差法）來估計高度的能力只有在我們有良好的衛星覆蓋的情況下才有可能。這在十多年前是不可能的。”

日本的Himawari-8衛星在2022年1月15日05:40 UTC拍攝的噴發放大圖，噴發開始後約100分鐘。資料來源：Simon Proud/牛津大學，RALSpace NCEO/日本氣象廳

牛津大學的研究人員現在打算構建一個自動系統，用視差法計算火山煙羽的高度。

大氣、海洋和行星物理學分系的合著者Andrew Prata博士補充說：”我們還想把這項技術應用於其他火山爆發，並開發一個羽流高度的數據集，供火山學家和大氣科學家用來模擬火山灰在大氣中的散佈。我們想了解的進一步的科學問題是。為什麼湯加羽流會升得這麼高？這次噴發將對氣候產生什麼影響？以及該羽流究竟是由什麼組成的？”