恶劣的太空天气可能是造成阿富汗致命枪战的原因

一项新研究表明，三名美国士兵*可能在阿富汗塔库尔加尔战役中因等离子泡（一种太空天气）引起的干扰而死亡。

太空天气通常与剧烈的太阳喷发和地磁风暴有关。但这些活跃事件之外的地球电离层的自然变化仍会阻碍多种技术的发展。

电离层中的赤道等离子体泡 (EPB) 就是这样一个例子，它每天都会对全球低纬度地区的卫星通信和全球卫星导航系统（如 GPS）造成干扰。

这项新研究发表在《空间天气》杂志上，发现等离子气泡可能是 2002 年阿富汗“蟒蛇”行动期间无线电通信中断的原因。

塔库尔加尔战役

在这场战斗中，一支搭载着 MH-47 支奴干直升机的快速反应部队 (QRF) 被部署去援助被困在上沙希科特山谷和下沙希科特山谷分隔山脊上的海豹突击队。

由于卫星通信故障，我们多次试图通知快速反应部队着陆区“很热”。不用说，快速反应部队从未收到过这条重要信息，这次通信故障导致 Chinook 在日出后不久在敌方猛烈的火力下坠毁，随后的交火中造成三人死亡。

后来，直升机上的超高频无线电性能不佳以及地形对无线电的阻碍被归咎为造成这场战斗中通讯失败的原因。

但太空科学家对这一事件的重新分析提供了强有力的证据，表明战争期间在阿富汗上空观测到的电离层等离子泡可能是罪魁祸首。

等离子泡对卫星通信和导航的不利影响是太空科学家所熟知的。因此，了解电离层等离子泡（它们形成的原因、形成时间以及它们对无线电波的影响）一直是该领域的首要任务。

什么是等离子泡？

顾名思义，等离子体气泡本质上是低密度等离子体气泡，这些气泡在地球上层大气中上升为高密度等离子体。这些气泡是由日落后不久触发的等离子体不稳定性造成的，被称​​为广义瑞利-泰勒不稳定性。

这种情况类似于较重的流体位于较轻的流体之上，较轻的流体上升到较重的流体中，而较重的流体在重力作用下向下流动。

电离层气泡与电离层气泡的唯一区别在于，电场和磁场控制着它们的漂移。这些气泡会强烈影响穿过它们的任何无线电波，导致振幅和相位的随机波动，这被称为闪烁。

从 GPS 接收器的角度来看，这些信号不再像正常的 GPS 信号，接收器最终会失去对卫星的锁定。在严重事件中，一系列相邻的等离子泡会从地平线延伸到地平线，造成严重的 GPS 定位和计时误差。

同样，使用卫星通信的无线电接收器也需要锁定中继信息的卫星。信号失真最终会导致通信中断，类似于 2002 年 ANACONDA 行动期间发生的情况。

预测血浆气泡

预测这些等离子体气泡事件仍然是研究的热门话题。经过数十年的观察，等离子体气泡发生的季节性气候学已得到相对充分的记录和理解。

我们知道，对于大多数经度而言，等离子泡在春分月份几乎每晚都会出现，包括进行“蟒蛇行动”的三月和当前的九月春分时期。

但我们仍然面临着理解和准确描述血浆气泡特性的短期变化（每天和每小时）的挑战。

话虽如此，最近在理解为何血浆气泡在一天出现，而在第二天却没有出现方面已经取得了进展。

但仍存在许多悬而未决的研究问题，例如飓风和热带风暴等对流层天气对电离层等离子体气泡出现的潜在影响。

2013年澳大利亚国防白皮书指出：

澳大利亚国防如此依赖卫星通信，这是我们皇家墨尔本理工大学空间研究中心与澳大利亚电离层预测服务和波士顿学院科学研究所合作参与此项国际研究工作的主要原因之一。

我们的最终目标是开发一个全球电离层闪烁预报系统，该系统不仅对国防有潜在用途，而且对使用卫星定位和定时信号的任何人来说都有用。

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* 本文于 2014 年 9 月 25 日根据作者的要求进行了编辑，将开头段落中的“部队”一词替换为“士兵”。

布雷特·卡特 (Brett Carter) 获得维多利亚州博士后研究奖学金计划和澳大利亚研究委员会的资助。

约翰·雷特勒 (John Retterer) 获得美国空军研究实验室的资助。

本文最初发表于 The Conversation。阅读原文。