Извержение вулкана Тонга вызвало значительные возмущения космической плазмы в глобальном масштабе

Недавно было подтверждено, что извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Ха'апаи на Тонга в 04:14:45 UT 15 января привело к масштабным глобальным возмущениям в атмосфере Земли.

Используя данные, записанные более чем 5 000 наземных приемников Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), расположенных по всему миру, ученые обсерватории Хэйстэк Массачусетского технологического института и их международные партнеры из Арктического университета Норвегии наблюдали существенные свидетельства атмосферных волн, порожденных извержением, и их ионосферные отпечатки на высоте 300 километров над поверхностью Земли в течение длительного периода времени. Эти атмосферные волны были активны в течение как минимум четырех дней после извержения и трижды обогнули земной шар. Ионосферные возмущения прошли над Соединенными Штатами шесть раз, сначала с запада на восток, а затем в обратном направлении. 

Это вулканическое событие было необычайно мощным, высвободив энергию, эквивалентную 1000 атомных бомб такого размера, которые были развернуты в 1945 году. Ученым известно, что взрывные извержения вулканов и землетрясения могут вызвать серию волн атмосферного давления, включая акустические волны, и что они могут возмущать верхние слои атмосферы в нескольких сотнях километров над эпицентром. Находясь над океаном, они могут вызвать волны цунами и, следовательно, возмущения в верхней атмосфере. Результаты этого извержения на Тонга удивили международную команду, особенно своей географической протяженностью и многодневной продолжительностью. Эти открытия, в конечном счете, позволяют предположить новые способы связи атмосферных волн и глобальной ионосферы. 

Результаты нового исследования, проведенного под руководством ученых из обсерватории Хэйстэк Массачусетского технологического института и Арктического университета Норвегии, были опубликованы 23 марта в рецензируемом журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.

Авторы считают, что возмущения являются эффектом волн Лэмба; эти волны, названные в честь математика Горация Лэмба, распространяются со скоростью звука по всему миру без значительного уменьшения амплитуды. Хотя они расположены преимущественно у поверхности Земли, эти волны могут обмениваться энергией с ионосферой по сложным путям. Как говорится в новой работе, "преобладающие волны Лэмба были зарегистрированы ранее как реакция атмосферы на извержение Кракатау в 1883 году и другие геоопасности. Данное исследование предоставляет первые существенные доказательства их длительных отпечатков в глобальной ионосфере". 

При поддержке Национального научного фонда Хэйстэк с 2000 года ежедневно собирает данные наблюдений глобальной сети GNSS для изучения важной информации об общем содержании электронов. Обсерватория делится этими данными с международным геокосмическим сообществом, что позволяет проводить инновационные исследования по целому ряду направлений - от воздействия солнечных бурь до воздействия на низкие слои атмосферы. Особая форма космической погоды, вызванная ионосферными волнами, называемыми бегущими ионосферными возмущениями (БИВ), часто возбуждается процессами, включающими внезапные поступления энергии от Солнца, земную погоду и антропогенные возмущения. Например, ученые Haystack использовали наблюдения TID, чтобы предоставить первые доказательства того, что солнечные затмения могут вызывать носовые волны в атмосфере Земли.

Ведущий автор Шунронг Чжан говорит: "Известно, что только сильные солнечные бури могут вызвать глобальное распространение TID в космосе в течение нескольких часов, а то и дней; вулканические извержения и землетрясения обычно вызывают возмущения ионосферы только в пределах тысяч километров. Обнаружив эти значительные возмущения ионосферы, вызванные извержениями, в космосе на очень больших расстояниях, мы обнаружили не только генерацию волн Лэмба и их глобальное распространение в течение нескольких дней (что часто отслеживается как звуковые волны на земле для соблюдения Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний), но и фундаментальный новый физический процесс. В итоге сигналы с поверхности и из нижних слоев атмосферы могут производить громкий всплеск даже в глубоком космосе".

Помимо этих результатов, ученые Хэйстэка продолжают дополнительные исследования того, как извержение Тонга вызвало серьезные эффекты космической погоды.