Фото: Научный центр ERG

Извержение подводного вулкана Тонга нарушило спутниковые сигналы по всему миру

Международная команда использовала спутниковые и наземные наблюдения за ионосферой, чтобы продемонстрировать, что волна давления воздуха, вызванная извержениями вулканов, может создать экваториальный плазменный пузырь (EPB) в ионосфере, серьезно нарушая спутниковую связь. Их выводы были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Ионосфера — это область верхних слоев атмосферы Земли, где молекулы и атомы ионизируются солнечным излучением, создавая положительно заряженные ионы. Область с наибольшей концентрацией ионизированных частиц называется F-областью, площадью от 150 до 800 км над поверхностью Земли. F-область играет решающую роль в радиосвязи на большие расстояния, отражая и преломляя радиоволны, используемые спутниковыми системами слежения и GPS, обратно на поверхность Земли.

Эти важные передачи могут быть нарушены из-за нарушений в F-области. В течение дня ионосфера ионизируется ультрафиолетовым излучением Солнца, создавая градиент плотности электронов с наибольшей плотностью вблизи экватора. Однако нарушения этого процесса, такие как движение плазмы, электрические поля и нейтральные ветры, могут вызвать образование локализованной неравномерности повышенной плотности плазмы.

Эта область может расти и эволюционировать, создавая пузыреподобную структуру, называемую EPB. EPB может задерживать радиоволны и ухудшать производительность GPS.

Поскольку на эти градиенты плотности могут влиять атмосферные волны, долгое время предполагалось, что они формируются в результате земных событий, таких как вулканическая активность. Для международной команды, возглавляемой назначенным доцентом Ацуки Шинбори (he, him) и профессором Йошизуми Миеси (he, him) из Института исследований окружающей среды космоса и Земли (ISEE) Университета Нагоя, в сотрудничестве с NICT, Университетом электросвязи, Университетом Тохоку, Университетом Канадзава, Университетом Киото и ISAS, извержение вулкана Тонга предоставило им прекрасную возможность проверить эту теорию.

Извержение вулкана Тонга было крупнейшим подводным извержением в истории. Это позволило команде проверить свою теорию, используя спутник Arase для обнаружения явлений EPB, спутник Himawari-8 для проверки первоначального поступления волн давления воздуха и наземных наблюдений за ионосферой для отслеживания движения ионосферы. Они наблюдали нерегулярную структуру электронной плотности по экватору, которая возникла после прихода волн давления, генерируемых извержением вулкана.

“Результаты этого исследования показали, что EPB генерируются в экваториальной и низкоширотной ионосфере в Азии в ответ на появление волн давления, вызванных подводными вулканическими извержениями у Тонга”, — рассказывают ученые.

Группа также сделала удивительное открытие. Впервые они показали, что колебания ионосферы начинаются от нескольких минут до нескольких часов раньше, чем волны атмосферного давления, участвующие в генерации плазменных пузырьков. Это может иметь важные последствия, поскольку предполагает, что давняя модель взаимодействия геосфера-атмосфера-космосфера, которая утверждает, что возмущения в ионосфере происходят только после извержения, нуждается в пересмотре.

“Наше новое открытие заключается в том, что возмущения ионосферы наблюдаются за несколько минут или часов до первоначального прихода ударных волн, вызванных извержением вулкана Тонга. Это говорит о том, что распространение быстрых атмосферных волн в ионосфере вызвало возмущения в ионосфере до первоначального прихода ударных волн. Следовательно, модель нуждается в пересмотре, чтобы учесть эти быстрые атмосферные волны в ионосфере ”, — поясняют исследователи.

Они также обнаружили, что ЭПБ распространился намного дальше, чем предсказывалось стандартными моделями.

“Предыдущие исследования показали, что образование пузырьков плазмы на таких больших высотах является редким явлением, что делает это очень необычным явлением. Мы обнаружили, что ЭПБ, образовавшийся в результате этого извержения, достиг космоса даже за пределами ионосферы, предполагая, что мы должны обратить внимание на связь между ионосферой и космосферой, когда происходят экстремальные природные явления, такие как событие в Тонге”, — делятся специалисты.

Они также отмечают, что дыра в ионосфере может образоваться даже при условиях, которые считаются маловероятными при нормальных обстоятельствах. Такие случаи не были учтены в моделях прогноза космической погоды. Это исследование внесет вклад в предотвращение сбоев спутникового вещания и связи, связанных с возмущениями ионосферы, вызванными землетрясениями, извержениями вулканов и другими событиями.

Эксклюзивный перевод

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Science: вулкан Тонга вызвал самые быстрые подводные течения в истории

240 Беспрецедентно мощное извержение вулкана, вызвавшее цунами у тихоокеанского острова Тонга в 2022 году, привело …