百變電離層 測震新法寶？

百變電離層 測震新法寶？

四川大地震後，美國太空總署（NASA）宣布，由於先前有台灣等地的學者發現地球上空「電離層」的濃度變化與地震發生有關聯，NASA打算在這個基礎上和英國合作，研究從太空觀測建立地震預警系統。

濃度驟降 地震前兆？

有學者發現，每天上午十時到晚上十時間，中壢到高雄上空的電離層濃度是全世界最高，加上台灣是地震頻繁的區域，中央大學太空所教授劉正彥很早就著手研究電離層濃度與地震發生的關聯性。他研究台灣184個規模五以上的地震，發現約有九成在發生前一天到五天，震央上空的電離層濃度會降低，達到統計上的顯著水準。

電離層是距地表50到2000公里上空的區域。其中的大氣分子受到太陽光X射線、紫外線、超紫外線照射，會解離成帶負電自由電子和帶正電離子的電漿狀態。劉正彥指出，電離層的導電和導熱性極佳，在距地表三百公里處濃度最高，大約每一立方公分有100萬顆電子或離子。

AM廣播 最早通訊應用

最早應用電離層特性是通訊，AM廣播就是利用電離層傳送的。電離層可以被用來反射、傳送高頻率的無線電訊號。成大電漿與太空科學中心助理教授林建宏解釋，從地表發射的電波可以使電離層中的自由電子以同樣的頻率振盪，再反射回地面。

如果電離層電漿的濃度夠高，自由電子密度夠的話，就可以完全反射，但若電漿的濃度低，反射點的高度就要比較高，這樣雖然可以將訊號傳遞得比較遠，但是訊號較容易衰減而產生雜訊。

電離層大致可以分為D、E、F三層，各層的解離程度會因太陽輻射的程度而有所不同。最內層的D層受太陽輻射解離的程度最低，所以D層只有在白天的時候較強，傍晚之後，被解離的電子與離子又結合成分子而消失。

電漿密度 晝夜不同

E層可以撐得比較久一點，電子與離子大概要到午夜才會結合而消失。林建宏表示，科學家最先發現的是E層，後來才是D、F層，由於夜間只有F層還能保持電漿狀態，所以無線電在電離層的傳輸主要還是要透過F層。

劉正彥表示，電離層的產生是透過太陽輻射的光效應而解離；當光效應減弱，電子與離子就會結合成分子而消失；而電離層的傳輸在赤道附近主要受到電漿噴泉效應的影響。

電漿噴泉效應主要發生在地磁赤道附近。由於白天E層所產生的東向電場，沿磁力線傳到赤道上空F層所產生垂直向上的電磁力飄移效應，把電漿由較低的高度往上抬升；當電漿被抬升向上後，會因電漿壓力梯度力與重力影響沿磁力線向下傳輸到兩旁較高緯度地區，在赤道兩側堆積。

劉正彥說，電離層會因日夜、季節、太陽活動，及地理位置不同變化，包括雷雨、暴風雨、閃電等自然現象也會對電離層有所影響。

保護地球 可擋有害光

電離層也是很好的「光盾牌」，保護地球避免受到太陽黑子爆炸產生的有害光傷害。劉正彥說，當兩顆太陽黑子碰撞爆炸，會噴發出強大的帶電粒子，包括太陽風與比平時強幾萬倍的光線，這些光線在八分半鐘就會到達地球。

電離層可以將這些強光中的X射線、超紫外線和紫外線解離，讓地球不受到傷害，但是這種太陽的光效應會造成電離層的擾亂，影響地面上的通訊。

電離層解謎》技術若成熟 可當海嘯警報器

2008/06/18

【聯合報╱本報記者李承宇】 電離層不只有預測地震的潛力，更可以拿來預測海嘯的發生。海嘯發生時會傳遞波動，波動傳到太空電離層的速度，會比經海水傳到陸上的速度快約三倍，因此未來可以透過對電離層變化的觀測，預測海嘯的發生。 2004年南亞海嘯發生後，國內學者劉正彥、蔡義本和馬國鳳等人，根據GPS地面站監測數據，發現海嘯發生時，電離層出現異常劇烈擾動的現象。根據計算，海嘯波動傳到電離層，時速約2700公里；而透過海水傳達到陸地上，時速大約800公里，傳達到太空中的速度快三倍多。 學者認為，如果未來海嘯預警系統改以GPS監測電離層濃度的變化，很可能取代目前在海底設地震儀，以及在沿岸設潮位監測儀等海嘯預警機制。如果這項監測技術發展成熟，將可在海嘯發生前約30到60分鐘就能事先預警，也能有效減少災害。