Ученые рассказали, что информация полученная в результате исследования может помочь избежать сбоев в работе спутников и GPS на Земле, а также узнать больше о вулканах на других планетах.
В январе 2022 года подводный вулкан Хунга Тонга-Хунга Хаапай — большая конусообразная гора, расположенная недалеко от 169 островов Королевства Тонга в южной части Тихого океана — извергся с сильным взрывом. Извержение породило самый высокий из когда-либо зарегистрированных вулканических шлейфов, высота которого достигала 35 миль (57 километров), и даже вызвала цунами в Карибском море. В целом извержение стало самым мощным природным взрывом более чем за столетие, соперничающим по количеству выделенной энергии с самой большой ядерной бомбой.
Дальнейшие исследования показали, что атмосферные волны — колебания атмосферного давления — от извержения были достаточно мощными, чтобы нарушить ионосферу, один из самых высоких слоев атмосферы Земли, простирающийся на высоте от 50 до 620 миль (от 80 до 1000 км). Солнечное излучение возбуждает молекулы и атомы, образуя электрически заряженные ионы, которые и дали название этому слою.
Ученые и ранее предполагали, что вулканическая активность потенциально может разрушить F-область ионосферы, которая простирается примерно на 90–500 миль (150–800 км) от поверхности Земли. F-область обладает самой высокой концентрацией ионов в атмосфере.
В экваториальных областях ионосферы могут образовываться дыры, которые нарушают спутниковую связь и сигналы GPS. Исследователи давно задавались вопросом, могут ли извержения вулканов и другие события на суше генерировать эти так называемые «пузыри экваториальной плазмы».
Такие плазменные пузыри довольно редко наблюдаются в ионосфере. В ходе исследования мы обнаружили, что после того, как ударная волна от извержения вулкана Тонга достигла ионосферы, некоторое время можно было зарегистрировать пузыри экваториальной плазмы, распространяющиеся в космос на высоте не менее 2000 километров. Это гораздо дальше, чем предсказывают стандартные модели известных нам пузырей
— ведущий автор исследования Ацуки Синбори, атмосферный ученый из Университета Нагоя в Японии.
В ходе наблюдений исследователи использовали японский спутник Arase для обнаружения экваториальных плазменных пузырей, национальный спутник Himawari-8 для наблюдения за атмосферными волнами и наземные станции для отслеживания движений в ионосфере.
Необычным является также то, что ученые обнаружили внезапное повышение электронной плотности и увеличение высоты ионосферы за несколько часов до первоначального прихода ударной волны от извержения. Исследователи предположили, что такая быстрая реакция могла произойти из-за взаимодействия атмосферных волн от извержения с электрически заряженными ионами в ионосфере, в результате чего энергия быстро перемещалась вдоль силовых линий магнитного поля Земли.
Новые результаты могут помочь ученым предсказать появление плазменных пузырей, связанных с извержениями вулканов и другими событиями на поверхности Земли. Хотя исследователи не могут предотвратить серьезные последствия для спутниковой связи и сигналов GPS, могущих вызвать эти пузыри, они получат возможность предупредить операторов самолетов и кораблей, которые, как ожидается, будут проходить через область возникновения плазменных пузырей в будущем.
Будущие исследования могут быть направлены не только на изучение влияния вулканической активности на атмосферу на Земле, но также предоставить данные относительно природы инопланетных вулканов.
Для примера, Венера покрыта густыми облаками, и будет трудно напрямую определить наличие или отсутствие там действующих вулканов ориентируясь только по оптическим наблюдениям со спутников. Присутствие там действующих вулканов может быть подтверждено измерениями плазмы, аналогичными тем, которые были произведены с помощью спутника Arase
— Ацуки Синбори.
