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一個國際團隊利用衛星和地面電離層觀測證明，火山爆發引發的氣壓波可能在電離層產生赤道等離子體氣泡(EPB)，嚴重破壞衛星通信。他們的研究結果發表在《科學報告》雜志上。

電離層是地球高層大氣的區域，分子和原子被太陽輻射電離，產生帶正電的離子。電離粒子濃度最高的區域稱為F區，即地球表面上方150至800公里的區域。F區在遠距離無線電通信中起著至關重要的作用，將衛星和GPS跟蹤系統使用的無線電波反射和折射回地球表面。

這些重要的傳播可能會因F區的不規則性而中斷。白天，電離層被太陽的紫外線輻射電離，在赤道附近產生密度最高的電子密度梯度。然而，對此的破壞，例如等離子體，電場和中性風的運動，可能導致形成增強等離子體密度的局部不規則性。這個區域可以生長和進化，形成一種稱為EPB的氣泡狀結構。EPB 會延遲無線電波并降低 GPS 的性能。

由于這些密度梯度會受到大氣波的影響，因此長期以來一直假設它們是由火山活動等陸地事件形成的。對于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(他，他)和Yoshizumi Miyoshi教授(他，他)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，湯加火山噴發為他們提供了一個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。這使得該團隊能夠使用Arase衛星來檢測EPB的發生，使用Himawari-8衛星來檢查氣壓波的初始到達以及地面電離層觀測以跟蹤電離層的運動來測試他們的理論。他們觀察到赤道上電子密度的不規則結構，這是在火山爆發產生的壓力波到達后發生的。

“這項研究的結果顯示，亞洲赤道至低緯度電離層產生的盾構機是為了應對湯加附近海底火山噴發引起的壓力波的到來，”Shinbori說。

該小組還取得了令人驚訝的發現。他們首次表明，電離層漲落比等離子體氣泡產生的大氣壓力波早幾分鐘到幾小時開始。這可能具有重要意義，因為它表明需要修訂長期存在的地圈-大氣-宇宙圈耦合模型，該模型指出電離層擾動只發生在火山爆發之后。

“我們的新發現是，在湯加火山爆發引發的沖擊波最初到達之前幾分鐘到幾小時觀察到電離層擾動，”Shinbori說。“這表明快速大氣波在電離層中的傳播在沖擊波最初到達之前觸發了電離層擾動。因此，需要修改模型以解釋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得多。“以前的研究表明，在如此高的海拔地區形成等離子體氣泡是罕見的，這使得這是一種非常不尋常的現象，”Shinbori說。“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，這表明當湯加事件等極端自然現象發生時，我們應該注意電離層和宇宙圈之間的聯系。

“這項研究的結果不僅從科學的角度來看意義重大，而且從空間天氣和防災的角度來看也是重要的，”他說。“在湯加火山噴發等大規模事件的情況下，觀測表明，即使在正常情況下被認為不太可能發生的條件下，電離層中也會形成一個洞。這種情況尚未納入空間天氣預報模型。這項研究將有助于預防與地震、火山爆發和其他事件引起的電離層擾動相關的衛星廣播和通信故障。

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