此前萨斯喀彻温大学的研究人员林赛·古德温开发了一种新的方法来测量太阳活动对电离层的影响，这种影响可以通过北极光和地磁风暴来表示，电离层是大气层的上部。科学家们可以利用她建立的近300个电场模拟的新数据库，更有效、更准确地预测北极光的出现和地磁风暴的影响。古德温说：我的研究可以帮助确保我们日常生活中依赖的所有通信服务都能正常工作。她的新方法将帮助科学家预测并可能防止太空天气对国际空间站和通讯系统的负面影响，例如飞越极地地区的飞机所使用的通讯系统。如果受损，维持银行交易、电视信号和互联网的全球定位系统和通信卫星网络可能会严重中断。
博科园-科学科普：古德温是第一个精确测定电场对电离层影响的人，电离层的主要成分是一种类似流体的等离子体，它对太阳活动引起的电场和磁场的变化非常敏感。这项工作具有挑战性，因为电离层受洋流、风和海浪的影响。哥伦比亚大学物理学教授让-皮埃尔·圣-莫里斯说：我们试图提前确定如何进行观测，但大自然经常会做出一些意想不到的事情，这非常像解决谜题。古德温在上世纪90年代的模拟基础上创建了她的数据库。她用今天的计算机重新运行了它，由于更好的现代处理能力，得到了更准确的结果。她还开发了最先进的软件，可以正确地解释来自研究电离层的强大雷达的数据。
Jean Pierre St.-Maurice和Lindsay Goodwin教授就职于美国“超级darn”雷达基地，这是全球40个收集太阳活动影响数据的雷达之一。图片：David Stobbe for the U of S
找到了一些特别的方法来进行测量，这些方法可以很容易地预测电离层的某个区域是否存在大量的电活动，这有助于测量太阳活动对该地区的影响。加拿大研究讲座计划、加拿大创新基金会、联邦机构NSERC、加拿大航天局、欧洲航天局和美国国家科学基金会对她的项目进行了投资。古德温一直痴迷于对深空和星系的了解，直到她意识到对于地球附近的空间还有许多未解之谜。当我有那么多关于自己星球的知识要学习时，为什么要把注意力放在这么远的物理问题上呢？预测太空天气比普通气象学更具挑战性，电离层(大气层上层含有太阳辐射带电粒子)影响着当今许多重要的导航和通信系统
包括GPS地图应用程序和飞机导航工具。能够预测电离层中带电电子的活动对于保证基于卫星的技术的完整性是很重要的。地球空间研究早已证实，大气中的某些变化是由太阳辐射引起的，其机制包括太阳风、地磁风暴和太阳耀斑。耦合效应——或者一个大气层中影响其他层的变化——更具争议。争论包括层之间的连接程度，以及这种耦合影响扩展到什么程度，以及与这些影响相关的流程的细节。在科学上比较有趣的大型大气事件之一被称为平流层突然变暖(SSW)，在这个过程中，对流层中的巨大波浪向上传播到平流层。这些行星波是由在大山脉等地质构造上移动的空气产生的；一旦进入平流层，它们就与极地射流相互作用。
研究人员发现夜间电离层(地球大气层中出现极光的部分)的电子密度在连续几天的平流层突然变暖的影响下显著降低:形成了一个显著的空洞，从纬度55度到45度N横跨半球。图片：NASA/JPL
在一次主要的SSW期间，平流层的温度在几天内急剧上升。ssw引起的电离层变化一度被认为是白天的事件。麻省理工学院(MIT)草堆天文台(Haystack Observatory)的拉里萨•冈查伦科(Larisa Goncharenko)最近领导了一项研究，该研究对2013年1月以来的一场大型SSW及其对夜间电离层的影响进行了研究。该研究发表在《地球物理研究:空间物理学》(Journal of Geophysical Research: Space Physics)上。麻省理工学院磨石山地球空间设施(MIT Millstone Hill geospace facility)数十年的数据；波多黎各的阿雷西博天文台，全球导航卫星系统(GNSS)被用来测量电离层的各种参数，并将SSW的影响与其他已知的影响区分开来。
研究发现夜间电离层的电子密度在几天的时间里，由于SSW的影响而显著降低：形成了一个显著的空洞，从纬度55度到45度n横跨半球。还测量到在SSW之后，等离子体强烈的向下运动和离子温度的下降。莱布尼茨大气物理研究所雷达遥感部主任Jorge L. Chau说：Goncharenko等人清楚地表明与称为SSW的大型气象事件有关的低层大气作用力也会影响中低纬度电离层。鉴于各区域之间的密切联系，这种联系在某种程度上是预料之中；然而由于其他相互竞争的因素，缺乏适当的数据，更重要的是缺乏寻找这种夜间联系的毅力，以前的研究没有显示出这种联系，至少不那么清楚。这项新发现为进一步了解电离层中较低的大气压力带来了新的挑战和机遇。
位于马萨诸塞州韦斯特福德的麻省理工学院草垛天文台的磨石山非相干散射雷达设备在最近的研究中得到了应用。图片：MIT Haystack Observatory
这些来自Goncharenko及其同事的重要研究结果也成为EOS中AGU研究的重点。了解远在大气层和其他大气层层的事件如何影响电离层是空间天气预报的一个重要组成部分；还需要更多的工作来确定SSWs影响夜间电离层和其他耦合效应的精确机制。美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research)高空观测站(High Altitude Observatory)的科学家尼克•佩达泰拉(Nick Pedatella)表示：这项研究显示，夜间电离层的大量耗竭，对于近地太空天气可能非常重要，因为它们可能影响高空大气对地磁风暴的反应，并影响电离层不规则现象的发生。夜间电离层观测到的耗竭现象，为测试SSWs对电离层影响的模型模拟的保真度提供了另一个参考点。
博科园-科学科普｜研究/来自：萨斯喀彻温大学，麻省理工学院
参考期刊文献 :《地球物理学研究》
DOI: 10.1029/2018JA025541
