NASA 阿尔忒弥斯二号发射“击穿”电离层，引发 GPS 定位扰动

IT之家 11 月 5 日消息，一项最新研究发现，NASA 于 2026 年 4 月发射的阿尔忒弥斯 2 号（Artemis II）载人绕月任务，对地球电离层造成了显著扰动，可能引发局部地区短暂的 GPS 定位误差。

IT之家注意到，这项研究由中国台湾成功大学（National Cheng Kung University）的一组研究人员完成。研究团队分析了多个高精度地面固定式 GPS 接收站网络的数据。

这些接收站被美国科研机构用于监测地震发生前地球构造板块的微小位移。通过测量 GPS 信号从太空传输至地面接收站所需的时间，研究人员得以还原阿尔忒弥斯 2 号任务中的太空发射系统（SLS）火箭飞过时，如何改变电离层中的自由电子浓度。

电离层是地球大气层中带电的区域，位于海拔约 50 公里以上的高空。测量结果显示，阿尔忒弥斯 2 号发射时产生的强大推力所引发的电离层扰动，比迄今其他火箭发射造成的扰动更加显著，强度最高可达 SpaceX 星舰（Starship）试飞后观测到的扰动的 10 倍。

值得注意的是，根据起飞推力计算，星舰的动力是 SLS 火箭的两倍。阿尔忒弥斯 2 号任务让人类时隔 50 多年再次进入月球空间。NASA 希望这项任务能够为后续载人登月铺平道路，并最终实现人类在月球建立长期驻留基地的目标。

在火箭发射过程中，地面 GPS 接收站检测到电离层电子密度发生变化，其影响相当于造成数米的定位误差。成功大学地球科学教授、论文共同作者 Charles Lin 表示，这种精度偏差足以让自动驾驶汽车偏离预定路线，甚至可能引发交通事故。

Charles Lin 向 Space.com 表示：“两米左右的定位误差，就足以导致自动驾驶汽车改变车道。这不仅可能对自动驾驶汽车产生重大影响，也会影响无人机的定位。”GPS 接收器通过测量自身与 4 颗不同 GPS 卫星之间的距离，确定设备在地球表面任意时刻的位置。

当高层大气中的自由电子浓度发生变化时，例如遭遇太阳风暴或火箭飞过之后，卫星信号抵达地面的速度就会加快或减慢，最终导致测量结果出现偏差。美国 GPS 星座以及其他全球卫星导航系统（GNSS）的卫星，通常运行在距离地面约 2.02 万公里的轨道上，远高于电离层的顶部。

因此，这些卫星发射的定位、导航和授时信号在抵达地面之前，必须穿过这一变化剧烈的大气层。强烈的太阳风暴会将来自太阳的带电粒子能量注入地球大气层，导致 GPS 信号受到干扰，持续时间甚至可能长达数天。

相比之下，火箭发射造成的影响要短暂得多。这种扰动主要由火箭箭体以超音速穿过高空大气层引发。火箭向上飞行时会产生冲击波，仿佛在电离层中直接打出一个空洞。研究人员在阿尔忒弥斯 2 号发射后观测到了两个这样的空洞。

其中一个由长约 65 米的 SLS 芯级火箭留下，另一个则由火箭上面级随后进行的两次发动机点火造成。在这两种情况下，形成的空洞都从美国东海岸延伸至西海岸，横跨整个北美大陆，长度约达 5000 公里，犹如两条巨大的飞机尾迹。

尽管 SLS 芯级火箭的动力十分强劲，但相比之下，第二级火箭在电离层内部点火造成的扰动更加明显。这两次点火发生在火箭发射一小时多之后，地点位于海拔约 185 公里的高空。通过这两次点火，猎户座（Orion）载人飞船成功摆脱地球引力，踏上飞往月球的旅程。

Charles Lin 表示：“从地面向太空发射火箭，通常会产生这类影响，但在星际任务中进行轨道机动并造成这种扰动，此前我们还从未观测到过。未来，随着越来越多的任务前往月球和火星，这类空间天气效应将变得更加显著。

”这项研究目前已作为预印本发表于《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）期刊。