研究表明，火山爆發可以在電離層中產生等離子體氣泡，極大地擾亂了衛星通信。這些發現促使人們對目前關於大氣和電離層相互作用的模型進行修訂。一個國際團隊利用衛星和地面電離層觀測證明，由火山爆發引發的氣壓波可以在電離層中產生赤道等離子體氣泡（EPB），嚴重破壞衛星通信。他們的發現將於今天（5月22日）發表在《科學報告》雜誌上。

電離層是地球高層大氣中分子和原子被太陽輻射電離的區域，產生帶正電的離子。電離粒子濃度最高的區域被稱為F-區域，是距離地球表面150至800公里的區域。F-區在長距離無線電通信中起著至關重要的作用，它將衛星和GPS跟踪系統使用的無線電波反射和折射到地球表面。

這些重要的傳輸工作可能會被F區的不規則現象所干擾。在白天，電離層被太陽的紫外線輻射電離，形成電子的密度梯度，赤道附近的密度最高。然而，對此的破壞，如等離子體、電場和中性風的運動，會導致形成一個局部的不規則的增強等離子體密度。這個區域可以增長和演變，形成一個叫做EPB的氣泡狀結構。EPB可以延遲無線電波並降低GPS的性能。

由於這些密度梯度可以受到大氣波的影響，長期以來，人們假設它們是由火山活動等陸地事件形成的。對於由名古屋大學空間地球環境研究所（ISEE）的指定助理教授Atsuki Shinbori和教授Yoshizumi Miyoshi領導的國際團隊，與NICT、電氣通信大學、東北大學、金澤大學、京都大學和ISAS合作，湯加火山爆發為他們提供了測試這一理論的絕佳機會。

湯加火山噴發是歷史上最大的海底噴發。這使得該團隊能夠利用Arase衛星來檢測EPB的發生，利用Himawari-8衛星來檢查氣壓波的最初到達，並利用地面電離層觀測來跟踪電離層的運動，從而測試他們的理論。他們觀察到整個赤道的電子密度的不規則結構，該結構發生在火山噴發產生的壓力波到達之後。

Shinbori說：”這項研究的結果顯示，在亞洲的赤道至低緯度電離層中產生的EPB是對湯加近海海底火山噴發引起的壓力波的到來的回應。”

該小組還取得了一個令人驚訝的發現。他們首次表明，電離層的波動比參與產生等離子體氣泡的大氣壓力波早幾分鐘到幾小時開始。這可能具有重要的意義，因為它表明長期以來堅持的即電離層擾動只發生在噴發之後地球圈-大氣圈-宇宙圈耦合模型需要修改。

“我們的新發現是，電離層擾動是在湯加火山噴發引發的衝擊波最初到達之前的幾分鐘到幾小時觀察到的，”Shinbori說。”這表明快速大氣波在電離層的傳播在衝擊波最初到達之前就引發了電離層擾動。因此，需要對模型進行修改，以說明電離層中的這些快速大氣波”。

他們還發現，EPB的延伸比標準模型預測的要遠。”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的現象，因此這是一個非常不尋常的現象，我們發現這次噴發形成的EPB甚至到達了電離層以外的空間，這表明當極端自然現象，如湯加事件發生時，我們應該注意電離層和宇宙層之間的聯繫。”

“這項研究的結果不僅從科學的角度，而且從空間天氣和災害預防的角度都具有重要意義，”他說。”在大規模事件的情況下，如湯加火山爆發，觀察表明，即使在被認為在正常情況下不太可能發生的條件下，電離層中也會形成一個洞。這種情況還沒有被納入空間天氣預報模型。這項研究將有助於防止與地震、火山爆發和其他事件引起的電離層干擾有關的衛星廣播和通信故障。。”