卫星任务发现汤加火山喷发效应到达太空

2022 年 1 月 15 日的 Hunga Tonga-Hunga Ha’apai 喷发造成了许多影响,这里有一些说明,这些影响在世界各地甚至太空中都能感受到。 NASA 的 ICON 任务和 ESA(欧洲航天局)的 Swarm 捕捉到了其中一些影响,例如强风和异常电流。 图像不按比例。 图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心/Mary Pat Hrybyk-Keith

2022 年 1 月 15 日,Hunga Tonga-Hunga Ha’apai 火山爆发时,它向世界各地发出了大气冲击波、音爆和海啸波。 现在,科学家们发现火山的影响也到达了太空。

分析来自 NASA 的电离层连接探索器 (ICON) 任务和 ESA(欧洲航天局)Swarm 卫星的数据,科学家们发现,在喷发后的几个小时内,在电离层(地球的带电的上层大气层)中形成了飓风和异常电流在空间的边缘。

加州大学伯克利分校的物理学家、讨论这一发现的新论文的主要作者布莱恩·哈丁说:“这座火山造成了我们在现代看到的最大的太空扰动之一。” “它使我们能够测试低层大气和太空之间鲜为人知的联系。”

ICON 于 2019 年推出,旨在确定地球天气怎样与来自太空的天气相互作用——这是一个相对较新的想法,取代了之前的假设,即只有来自太阳和太空的力量才能在电离层边缘创造天气。 2022 年 1 月,当航天器飞越南美洲时,它观察到由南太平洋火山引发的电离层中的一次地球扰动。

“这些结果令人兴奋地观察了地球上的事件怎样影响太空天气,以及影响地球的太空天气,”位于华盛顿特区的 NASA 总部的美国宇航局太阳物理学部太空天气负责人 Jim Spann 说。“从整体上理解太空天气最终将帮助我们减轻其对社会的影响。”

GOES-17 卫星捕捉到了 2022 年 1 月 15 日 Hunga Tonga-Hunga Ha’apai 火山水下喷发产生的伞状云的图像。还可以看到新月形弓形冲击波和无数闪电。 图片来源:Joshua Stevens 使用 GOES 图像 / NOAA 和 NESDIS 拍摄的 NASA 地球观测站图像

当火山爆发时,它把巨大的气体、水蒸气和尘埃推向天空。 爆炸还在大气中造成了巨大的压力扰动,导致了强风。 随着风向上扩展到更薄的大气层,它们开始更快地移动。 到达电离层和太空边缘后,ICON 将风速记录为高达 450 英里/小时,这使其成为自发射以来任务测量的 120 英里以下高度的最强风。

在电离层,极端风也影响电流。 电离层中的粒子有规律地形成向东流动的电流——称为赤道电喷射——由低层大气中的风驱动。 喷发后,赤道电射流飙升至正常峰值功率的五倍,并大幅反转方向,短暂向西流动。

加州大学伯克利分校的物理学家、这项新研究的合著者乔安妮·吴说:“看到地球表面发生的事情极大地逆转了电喷射,这是非常令人惊讶的。” “这是我们以前只在强地磁风暴中看到的,这是一种由太阳的粒子和辐射引起的太空天气。”

发表在《地球物理研究快报》杂志上的这项新研究增加了科学家对电离层怎样受到地面和太空事件影响的理解。 强烈的赤道电喷射与电离层中物质的重新分布有关,这可能会破坏通过该地区传输的 GPS 和无线电信号。

了解我们大气层的这个复杂区域在面对来自上下的强大力量时怎样反应是美国宇航局研究的关键部分。 NASA 即将执行的地球空间动力学星座 (GDC) 任务将使用一组小型卫星,就像地面上的天气传感器一样,跟踪流经该地区的电流和大气风。 通过更好地了解影响电离层电流的因素,科学家们可以更有准备地预测由此类干扰引起的严重问题。