高空大气电离层是天然的爆炸探测器

我们可以想象，地球大气层就好像包绕地球的大气海洋，那么在这个海洋底部出现爆炸性事件，会通过不同方向传播这种爆炸波动。在大气层表层可能会产生类似海洋波涛的改变，类似地震能引起海啸。科学家通过对高层大气层涟漪效应，能检测到地面普通的爆炸效应。设想一下，如果这种检测技术继续发展，将来地面上的各种活动，都能在大气表层形成变化，这样的技术可能具有非常非常巨大的应用潜力，包括用于军事侦察。

Earth’s upper atmosphere is a sensitive explosion detector | Science | AAAS

科学家们发现，小型地面爆炸能在100公里以上的高层大气电离层产生涟漪效应。结果表明，遥感技术可以用于监测比以前小数百倍的自然爆炸事件。“这对我来说是一个大惊喜，”俄勒冈州立大学的大地测量科学家帕克说，他没有参与这项研究。“这真的非常聪明。” 大气中的电离区域，或称电离层，是最著名的是极光产生的家园，当来自太阳的带电粒子撞击原子并使它们发光时，极光就会发生。但是从地球表面喷出的大规模爆炸也会扰乱电离层。2022年，南太平洋的亨加汤加-亨加哈阿派火山爆发在电离层产生了涟漪，能在数千公里外被探测到。1979年，波多黎各现已不存在的阿雷西博射电望远镜探测到一场与疑似以色列-南非核试验有关的电离层扰动。

这两次爆炸都引发了次声波，次声波可以通过远距离传播，并在电离层引起振动。调谐后从电离层带电粒子弹跳的雷达束探测到了振动层。 但这项技术大多局限于比1千吨TNT更强大的爆炸。（1945年在日本广岛投放的核弹约为1.5万吨。）现在，研究人员报告说，他们已经成功地探测到了重量仅为1吨的TNT的实验性爆炸（灵敏度提高1000倍？）。“我们不仅能看到这些事件，而且比我的预期更清楚，”肯尼斯·奥本伯格说。”该研究结果发表在本月的《地球与空间科学》杂志上。

奥本伯格和他的同事们开始观察2022年3月在新墨西哥州发生的两起1吨重的爆炸的影响。该小组的雷达探测器被设计用来测量在100公里以上的电离层E层反弹的波。他们在爆炸发生后不到6分钟内就发现了每次爆炸的迹象。 奥本伯格说，这项技术可以用于监测太平洋上的小型人为爆炸，甚至是遥远的火山爆发，否则很难探测到。他说，电离层的偏远程度解释了为什么这项技术直到现在才显示出它的前景。他说：“你是在向我们所谓的‘无知的世界’发出一波冲击波。”

帕克表示，该技术的增强分辨率将使人们更容易探测到不仅与火山爆发有关的电离层干扰，而且还与地震有关，地震可能引发海啸、山体滑坡和其他灾害。“你可以用它来做早期预警系统，就像海啸预警系统一样，”帕克说。他曾使用全球定位卫星来探测朝鲜核试验和其他事件引发的电离层扰动。 另一个可能的用途可能是在行星科学中。奥本伯格说，对于像金星这样的世界，厚厚的云层遮住了金星的表面，轨道航天器上的电离层雷达可以远程探测到看不见的火山喷发和地震。

圣路易斯华盛顿大学的行星科学家保罗·伯恩说，鉴于3月份最近在金星上发现的火山活动，“我们可能会看到更小规模的事件，”伯恩说。“这正是我希望航天器工程师在未来任务中考虑的事情。” 目前，奥本伯格希望保持该研究以地球为基础。他计划在不同的季节测试这种方法，因为电离层会在一年中发生变化。“我真正想做的另一件事是建在火山旁边，”他说。“那将是真的很有趣。”