Erupcja Tonga w 2022 roku stworzyła bardzo rzadki „superbańka plazmy” w jonosferze: ScienceAlert

Ponieważ technologia staje się coraz bardziej osadzona w naszym codziennym życiu, zrozumienie pogody kosmicznej i jej wpływu na technologię staje się coraz ważniejsze.

kiedy słyszymyklimat kosmicznyZwykle myśli się o masywnych erupcjach na Słońcu — koronalnych wyrzutach masy, które pędzą w kierunku Ziemi, tworząc Piękne pokazy o zmierzchu.

Jednak nie cała pogoda kosmiczna zaczyna się od Słońca.

the Erupcja wulkanu na Tonga W styczniu 2022 r. był tak duży, że tworzył fale w górnej atmosferze, które tworzyły własną formę pogody kosmicznej.

Była to jedna z największych erupcji we współczesnej historii i wpłynęła na GPS w Australii i Azji Południowo-Wschodniej. Jak opisujemy w naszym nowym badaniu w czasopiśmie klimat kosmicznyerupcja wulkanu stworzyła super „bańkę plazmy” nad północną Australią, która trwała godzinami.

Naprawdę globalny system pozycjonowania

Podczas gdy większość ludzi mieć GPS’a (Global Positioning System) w swoich urządzeniach (takich jak satelity i smartfony), niewielu wie, jak faktycznie działa GPS.

Zasadniczo nasze urządzenia nasłuchują sygnałów radiowych wysyłanych przez satelity krążące wokół Ziemi. Korzystając z tych sygnałów, obliczają swoją pozycję względem satelitów, co pozwala nam zorientować się i znaleźć pobliski bar lub kawiarnię.

Na sygnały radiowe odbierane przez nasze urządzenia ma wpływ atmosfera ziemska (zwłaszcza warstwa zwana atmosferą ziemską). jonosfera), co zmniejsza dokładność lokalizacji. Zwykłe urządzenia są dokładne z dokładnością do kilkudziesięciu metrów.

Jednak nowsze i udoskonalone systemy pozycjonowania satelitarnego, stosowane w przemyśle wydobywczym, rolniczym i budowlanym, mogą być dokładne z dokładnością do dziesięciu centymetrów. Jedynym problemem jest to, że systemy te potrzebują czasu, aby zainstalować się na swoich stronach, a to może zająć trzydzieści minut lub więcej.

Ten Precyzyjne pozycjonowanie satelity Działa poprzez dokładne modelowanie uszkodzeń spowodowanych przez ziemską jonosferę. Ale ilekroć w jonosferze pojawia się zaburzenie, staje się ono złożone i trudne do modelowania.

Na przykład, gdy plik Burza geomagnetyczna (zaburzenie wiatru słonecznego wpływające na pole magnetyczne Ziemi), jonosfera staje się turbulentna, a przechodzące przez nią fale radiowe ulegają rozproszeniu – podobnie jak zakrzywienie i rozproszenie światła widzialnego podczas patrzenia na jezioro we wzburzonych warunkach.

zaburzenia wulkaniczne

Ostatnie badania Okazało się, że erupcja wulkanu Hongga Tonga-Hong Haapei spowodowała zmienne warunki w jonosferze, które trwały kilka dni. Fale generowane przez nie w jonosferze były podobne pod względem wielkości do fal generowanych przez burze geomagnetyczne.

Chociaż fale te wpływały na dane GPS na całym świecie przez kilka dni po erupcji, ich wpływ na pozycjonowanie był nieco ograniczony w porównaniu z innym rodzajem zakłóceń w jonosferze – „superbańką plazmy”, która powstała w następstwie erupcji.

Jonosfera to warstwa atmosfery ziemskiej na wysokości około 80–800 km (50–500 mil). Składa się z gazu z dużą ilością cząstek naładowanych elektrycznie, co sprawia, że ​​”osocze„.

Z kolei równikowe pęcherzyki plazmy to zaburzenia plazmy w jonosferze, które występują naturalnie w nocy na niskich szerokościach geograficznych.

Te pęcherzyki plazmy pojawiają się regularnie. Powstają w wyniku zjawiska zwanego „uogólnioną niestabilnością Rayleigha-Taylora”. Jest to podobne do tego, co dzieje się, gdy ciężka ciecz znajduje się na mniej ciężkiej cieczy, a bąbelki tej lżejszej cieczy przechodzą do ciężkiej cieczy jako „bąbelki” (patrz wideo poniżej).

border frame=”0″allow=”akcelerometr; automatyczny start; Zapis do schowka. nośniki kodowane żyroskopowo; Obrazek w obrazku; udostępnianie w sieci „allowfullscreen>”.

Jeśli chodzi o zakłócenia w jonosferze, plazma jest również kontrolowana przez pola magnetyczne i elektryczne.

Wznosząc się, pęcherzyki plazmy tworzą dziwnie ukształtowane struktury przypominające kaktusy lub odwrócone korzenie drzew. Z powodu ziemskiego pola magnetycznego struktury te rozszerzają się, gdy bańka rośnie nad równikiem.

W rezultacie bąbelki znajdujące się na wyższych wysokościach docierają również do wyższych szerokości geograficznych. Zazwyczaj bąbelki plazmy sięgają kilkuset kilometrów nad równik, osiągając szerokości geograficzne między 15 a 20 stopni na północ i południe.

Rzadka bańka nad Australią

Naukowcy odkrywają A Super bańka plazmy Nad Azją Południowo-Wschodnią krótko po erupcji wulkanu Tonga. Szacuje się, że jego rozmiar jest podobny do wcześniej zgłaszanego Bardzo rzadkie bąbelki.

Ziemskie pole magnetyczne przeniosło zaburzenie na południe, gdzie utrzymywało się przez kilka godzin nad Townsville w północno-wschodniej Australii.

Do tej pory jest to najbardziej wysunięty na południe bąbel plazmy, jaki zaobserwowano nad Australią. Chociaż te wspaniałe bąbelki są rzadkie, wiadomo, że występowały w północnej Australii, ale nie były bezpośrednio obserwowane przed tym wydarzeniem.

Niedawne rozpowszechnienie stacji GPS w północnej Australii umożliwiło tego typu monitorowanie.

Rozumie się, że fale z erupcji zakłóciły wiatry w górnych warstwach atmosfery, zmieniając przepływ plazmy w jonosferze i powodując pojawienie się superbąbla plazmy.

Nasze badanie wykazało, że bańka spowodowała znaczne opóźnienia w korzystaniu z dokładnego GPS w północnej Australii i Azji Południowo-Wschodniej. W niektórych przypadkach ustalenie lokalizacji GPS zajęło ponad pięć godzin z powodu bańki plazmy.

Chociaż wiemy bardzo dużo o jonosferze, nasza zdolność przewidywania jej perturbacji jest wciąż ograniczona. Posiadanie większej liczby stacji GPS jest nie tylko przydatne do poprawy pozycjonowania i nawigacji, ale także wypełnia luki w monitorowaniu jonosferycznym.

Erupcja wulkanu Tonga była daleka od typowej „kosmicznej pogody” wywołanej przez słońce. Ale jego wpływ na górne warstwy atmosfery i GPS podkreśla znaczenie zrozumienia, w jaki sposób środowisko wpływa na technologie, na których polegamy.

Bretta Carteraprofesor nadzwyczajny, Uniwersytet RMIT; Rize Pradiptastarszy pracownik naukowy, Kolegium BostońskieI Sulin ChoiPan

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytać Oryginalny artykuł.