大約一個月前，東加的洪阿東加-洪阿哈阿帕伊火山噴發達到了一個爆發性的高潮（詳見《一千年一次》）。它在海洋中快速釋放的能量帶來了海嘯，與此同時，它也帶來了大氣中的氣象海嘯，也就是一種氣壓的擾動，形成的氣壓波迅速蔓延到了全球各地。
圖檔來源：NASA Earth Observatory
火山噴發附近的大氣波模式相當複雜，但在數千千米之外，氣壓波作為一個孤立的波前，會以每小時約1000千米的速度水準向外擴散。
NASA戈達德太空飛行中心的首席科學家詹姆斯·加文（James Garvin）在采訪時介紹，據估計，這次爆炸的威力差不多相當于4-18兆噸TNT。從衛星上借助紅外傳感器觀測，大氣中出現的波紋看起來就像是在池塘裡投下一塊石頭産生的漣漪。爆炸産生的聲波沖擊波足以擾動電離層，也就是地球表面之上約80千米以上的大氣外層。
圖檔來源：Mathew Barlow/University of Massachusetts Lowell
當波的脈沖經過北美、印度、歐洲和全球其他許多地方時，它表現為一種對大氣壓強持續數分鐘的擾動。人們時時關注着波前的動向，大氣波在約35個小時的時間裡傳播到了整個地球并折返。
東加火山噴發産生的波前擴張是大氣波全球傳播現象的一個格外壯觀的例子，在其他曆史性的爆炸事件之後也曾出現過類似這種現象。這次噴發格外強大，它讓大氣層像鈴铛一樣“響”了起來（盡管頻率太低，我們無法真的聽到）。事實上，這也是對200多年前提出的一種波理論的再次驗證。
特殊的大氣波理論
早在200多年前，法國數學家、實體學家和天文學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）就預測了一種全球大氣的行為。
皮埃爾-西蒙·拉普拉斯。| 圖檔來源：Wikimedia
拉普拉斯在主導全球尺度大氣運動的實體方程的基礎上建立起了他的理論。他預測，在大氣中應該存在一類運動，它們能夠迅速傳播，但始終緊緊“擁抱”着地球表面。
具體來說，拉普拉斯發現，相對于垂直方向的空氣運動，引力和大氣浮力有利于水準方向的空氣運動，一種随之而來的效應是，大氣波可以沿着地球的曲率運動。
在19世紀的大部分時間裡，這仍然是一種略顯抽象的想法。但是，1883年喀拉喀托火山噴發後的壓力資料以一種戲劇性的方式表明，拉普拉斯是對的。這些沿着地球曲率的運動可以被激發，并在巨大的距離上傳播。
1883年的喀拉喀托火山
第一次引起科學關注的這類氣壓波是由1883年印度尼西亞的喀拉喀托火山噴發事件産生的。
1883年喀拉喀托火山噴發。| 圖檔來源：Wikimedia Commons
喀拉喀托火山的波脈沖可以在全世界各地的氣壓觀測記錄中被找到。當然，在那個時代，通信速度要慢得多，但在幾年的時間裡，科學家已經能将各種獨立的觀測結果結合在一起，并在世界地圖上繪制出爆發後數小時和數天内壓力鋒的傳播情況。
波前從喀拉喀托火山向外傳播，并被觀察到至少進行了三次“全球旅行”。倫敦皇家學會在1888年的一份關于火山噴發的著名報告中發表了一系列地圖，說明了波前的傳播情況。
從1888年的報告中繪制的地圖，揭示了1883年喀拉喀托火山爆發的氣壓波每兩小時的位置變化。| 圖檔來源：Kevin Hamilton, based on Royal Society of London images,CC BY-ND
喀拉喀托火山噴發後産生的波是極低頻的聲波。在傳播過程中，局部壓強的變化對鄰近的空氣産生了一種作用力，空氣随後會加速，造成膨脹或壓縮，并伴随着壓強變化，這反過來又讓空氣沿着波的路徑更遠。
從我們對高頻率聲波的認識中，我們會期待它以直線傳播。但是這些全球壓強脈沖卻有一個顯著的特點，它們在傳播過程中會随着地球的曲率而彎曲。它正是拉普拉斯理論中的一種表現形式。
大氣像鐘聲一樣響起
這次東加火山的爆發同樣展現了這一點。這些噴發事件讓大氣像鐘聲一樣“響”了起來，也就是以某些頻率振動。
除了這些極端事件之外，直到近年來，科學家才發現，類似的現象還存在于大氣的背景振蕩中。
這些全球大氣振蕩的頻率非常低，但它們被大氣中其他所有運動不斷激發，為更劇烈的天氣波動提供了一種非常溫和而持續的“背景音樂”。
#創作團隊：
編譯：M ka
排版：雯雯
#參考來源：
https://theconversation.com/tonga-eruption-was-so-intense-it-caused-the-atmosphere-to-ring-like-a-bell-175311
https://www.jpl.nasa.gov/news/tonga-eruption-sent-ripples-through-earths-ionosphere
https://oceanservice.noaa.gov/facts/meteotsunami.html
#圖檔來源：
封面圖：Alen/Stockvault
首圖：Mathew Barlow/University of Massachusetts Lowell