Экваториальные плазменные пузыри — это явление уменьшения электрической плотности, наблюдаемое в верхнем слое атмосферы, ионосфере. Пузыри, влияющие на спутниковую связь, наблюдались в Азиатско-тихоокеанском регионе после крупнейшего подводного извержения вулкана Тонга. Ученые показали, что волны давления воздуха, вызванные вулканической активностью, привели к появлению экваториального плазменного пузыря. При этом электронная плотность ионосферы внезапно изменялась за несколько десятков минут или часов до первого появления волн давления. Полученные данные позволят лучше предсказывать изменения в ионосфере, которые влияют на работу GPS-систем. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Ионосфера — это верхний слой атмосферы с высокой концентрацией свободных заряженных частиц и электронов, образованных в результате ультрафиолетового и рентгеновского облучения, а также действия космических лучей. Извержения вулканов, землетрясения, цунами и погодные явления вызывают возмущения в ионосфере, которые могут распространяться на тысячи километров от источника. Так, крупнейшее подводное извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай (Тонга), произошедшее 15 января 2022 года, привело к возмущениям в ионосфере, которые могли стать зародышем для образования экваториальных плазменных пузырей — ионосферных явлений вблизи геомагнитного экватора Земли в ночное время, которые проявляются как уменьшения электрической плотности. Пузыри могут задерживать радиоволны и ухудшать работу GPS, однако причины и последствия их возникновения остались недостаточно изученными.
Японские ученые, используя данные со спутников, подтвердили, что в результате извержения Тонга появились волны давления воздуха, которые генерировали экваториальные плазменные пузыри в экваториальной и низкоширотной ионосфере в Азии.
Кроме того, исследователи впервые показали, что колебания ионосферы начинались за несколько минут или часов до появления волн давления воздуха в тропосфере — самом нижнем слое атмосферы. Скорость распространения электронной плотности в ионосфере была выше, чем у волн в тропосфере. То есть распространение быстрых атмосферных волн в ионосфере вызвало возмущения в этом слое еще до первоначального прихода ударных волн. При этом колебания электронной плотности стали больше в Северном полушарии, чем в Южном. Значительно более быстрая реакция ионосферы могла быть вызвана мгновенной передачей электрического поля в магнитносопряженную ионосферу вдоль силовых линий магнитного поля. После ионосферных возмущений появились истощения электронной плотности.
Также авторы установили, что электронные плазменные пузыри распространились на большую высоту, достигнув 2000 км и выйдя за пределы ионосферы, что намного дальше, чем предсказывалось стандартными моделями. Таким образом, полученные данные требуют пересмотра имеющихся представлений о процессах в ионосфере.
«Результаты этого исследования значимы не только с научной точки зрения, но и с точки зрения космической погоды и предотвращения стихийных бедствий. В случае крупномасштабного события, такого как извержение вулкана Тонга, наблюдения показали, 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, которые вызываются землетрясениями, извержениями вулканов и другими событиями», — рассказывают авторы исследования.
Автор: Анна Дегтярь.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
