位於南太平洋湯加群島地區的洪加湯加-洪加哈阿帕伊火山在2022年1月發生大規模爆發。除了巨大的氣體和碎片羽流外，這次爆發還引發了穿過整個地球大氣層的壓力波，引發了遠至阿拉斯加都能聽到的音爆，並引發了席捲附近島嶼的海嘯。
這一戲劇性事件對專注於難以捉摸的大氣現象的科學家特別有趣；許多衛星監測了火山爆發的影響。伯明翰大學的空間天氣科學家大衛·特門斯說，自那時以來，研究人員已經發表了大量關於大氣對火山爆發響應的論文，他本人也發表過關於該主題的論文。
在一項新的研究中，日本科學家利用兩顆衛星的資料來了解爆發後形成的巨大且不規則的赤道等離子體泡。等離子體泡是帶電粒子等離子體的密度遠低於通常在上層大氣中發現的區域。這些氣泡通常在各種型別的大氣波使電離層下邊緣不穩定時形成——電離層是地球大氣層的一層，從地球表面上方數十公里延伸至數百公里，並以帶電粒子為主。研究人員認為，湯加火山爆發產生了壓力波，這會導致物質（在本例中為空氣）的壓力上升和下降。這種作用引發了在赤道附近形成氣泡。
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這項新研究發現，根據日本名古屋大學空間和行星科學助理教授新堀篤志（Atsuki Shinbori）的說法，該氣泡高度約為2000公里，覆蓋面積為67萬平方公里（約30個新澤西州）。
研究人員還觀察到，即使在火山爆發的大氣壓力波到達之前，電離層就開始發生變化，帶負電的電子變得更加普遍。“結果令人興奮，很好地解釋了對流層（即地球表面）氣壓波到達前幾分鐘到幾小時發生的電離層向上運動，”中國科學院研究地球大氣層等離子體密度的李國柱說，他沒有參與這項新研究。
研究人員表示，這一發現 подчеркивает 科學家們在等離子體泡（較小的等離子體泡每天在日落時分形成）以及大氣不同層如何相互作用方面還有更多需要了解的地方。
儘管等離子體泡聽起來很深奧，但它們會干擾GPS系統，因為電離層的不規則性會改變來自這些衛星的訊號到達地面裝置的速度。特門斯說，普通人使用GPS在城市中導航可能不會注意到差異，他沒有參與這項新研究，但中斷可能會成為某些超精密GPS應用的難題，例如在農業或採礦作業中。“因此，我們需要了解等離子體泡的產生過程，並預測等離子體泡的發生，這是空間天氣研究中最重要的議題之一，”新堀說。
這項新研究表明，依賴電離層系統的行業和人員可以提前預警這些氣泡。臺灣成功大學大氣科學家林查爾斯（Charles Lin）說：“電離層觀測顯示，擾動發生在火山大氣波之前。”他沒有參與這項研究。“因此，有可能透過觀測電離層來開發早期預警系統。” 這樣的系統可以在GPS等可能不太可靠時向人們發出警告。
當談到湯加火山爆發本身的研究時，特門斯說，科學家現在應該將重心從像這樣的觀測研究轉向計算機建模工作，這可以幫助梳理出不同現象之間的相互作用。“我認為已經完成的工作範圍非常廣泛，”他說，並補充說這次火山爆發“啟動”了對這些主題的研究。
“在電離層科學中，我們沒有實驗室實驗，因為我們身處一個我們無法控制的環境中。因此，像這樣極端的、經過充分研究的事件是我們擁有的最接近實驗室實驗的東西，”特門斯說。“我們可以探索我們原本永遠無法探索的物理學。”