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, электрических полей и нейтральных ветров, могут вызывать образование локальной неоднородности повышенной плотности плазмы. Эта область может расти и развиваться, создавая пузыревидную структуру, называемую ЭПВ. ЭПВ может задерживать радиоволны и ухудшать работу GPS.
Поскольку на эти градиенты плотности могут влиять атмосферные волны, давно предполагалось, что они формируются в результате земных событий, таких как, например, вулканическая активность.
Извержение вулкана Тонга было самым большим подводным извержением в истории. Это позволило команде проверить свою теорию с помощью спутника Arase для обнаружения случаев ЭПВ, а также спутника Himawari-8 для проверки начального прихода волн атмосферного давления и наземных наблюдений за ионосферой для отслеживания движения ионосферы. Они наблюдали неравномерную структуру электронной плотности поперек экватора, возникшую после прихода волн давления, порожденных извержением вулкана.
Группа также сделала удивительное открытие. Они впервые показали, что ионосферные флуктуации начинаются от нескольких минут до нескольких часов раньше, чем волны атмосферного давления, участвующие в генерации плазменных пузырей. Это может иметь важные последствия, поскольку предполагает, что давняя модель связи геосфера — атмосфера — космосфера, согласно которой ионосферные возмущения возникают только после извержения, нуждается в пересмотре.
«Наше новое открытие заключается в том, что ионосферные возмущения наблюдались за несколько минут или часов до первоначального прихода ударных волн, вызванных извержением вулкана Тонга, — сказал Шинбори. — Это говорит о том, что распространение быстрых атмосферных волн в ионосфере вызвало ионосферные возмущения до первоначального прихода ударных волн. Следовательно, модель необходимо пересмотреть, чтобы учесть эти быстрые атмосферные волны в ионосфере».
Они также обнаружили, что ЭПВ простирается намного дальше, чем предсказывают стандартные модели. «Предыдущие исследования показали, что образование плазменных пузырей на таких больших высотах — редкое явление, что делает это явление очень необычным, — сказал Шинбори. — Мы обнаружили, что ЭПВ, образованный данным извержением, 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 извержение вулкана Тонга».
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, эта область находится на высоте от 150 до 800 км над поверхностью Земли.
F-область играет решающую роль в дальней радиосвязи, отражая и преломляя радиоволны, используемые системами спутникового и GPS-слежения, обратно на поверхность Земли.
