Detección en tiempo real de perturbaciones de la ionosfera causadas por el 27 de octubre de 2012, El tsunami de la isla Queen Charlotte frente a las costas de la Columbia Británica, Canadá, utilizando el algoritmo VARION. Crédito:Universidad Sapienza / NASA-JPL / Caltech
Un equipo de científicos de la Universidad Sapienza de Roma, Italia, y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, ha desarrollado un nuevo enfoque para ayudar en el desarrollo continuo de sistemas oportunos de detección de tsunamis, basado en mediciones de cómo los tsunamis perturban una parte de la atmósfera de la Tierra.
El nuevo enfoque denominado Enfoque variométrico para la observación de la ionosfera en tiempo real, o VARION, utiliza observaciones de GPS y otros sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) para detectar, en tiempo real, perturbaciones en la ionosfera de la Tierra asociadas con un tsunami. La ionosfera es la capa de la atmósfera terrestre ubicada entre 50 y 621 millas (80 a 1, 000 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra. Está ionizado por la radiación solar y cósmica y es más conocido por las auroras boreales (luces del norte) y las auroras australes (luces del sur).
Cuando se forma un tsunami y se mueve a través del océano, las crestas y valles de sus olas comprimen y extienden el aire sobre ellas, creando movimientos en la atmósfera conocidos como ondas de gravedad internas. Las ondulaciones de las ondas de gravedad internas se amplifican a medida que viajan hacia arriba en una atmósfera que se vuelve más delgada con la altitud. Cuando las olas alcanzan una altitud de entre 186 y 217 millas (300 a 350 kilómetros), provocan cambios detectables en la densidad de electrones en la ionosfera. Estos cambios se pueden medir cuando las señales GNSS, como los del GPS, viajar a través de estas perturbaciones provocadas por el tsunami.
VARION fue diseñado bajo el liderazgo de Mattia Crespi de Sapienza. El autor principal del algoritmo es Giorgio Savastano, estudiante de doctorado en geodesia y geomática en Sapienza y empleado afiliado en JPL, que llevó a cabo un mayor desarrollo y validación del algoritmo. El trabajo se describió recientemente en un estudio financiado por Sapienza y la NASA publicado en Nature's Informes científicos diario.
En 2015, Savastano recibió una beca del Consiglio Nazionale degli Ingegneri (CNI) y la Fundación Científicos y Académicos Italianos en América del Norte (ISSNAP) para una pasantía de dos meses en JPL, donde se unió al Grupo de Percepción Remota Ionosférica y Atmosférica bajo la supervisión de Attila Komjathy y Anthony Mannucci.
Animación del 27 de octubre 2012, Tsunami de la isla Queen Charlotte cuando cruzó Hawai. A medida que la ola (líneas azul oscuro / blancas que se acercan desde el noreste) se movió, perturbó la atmósfera y cambió la densidad de los electrones ionosféricos reflejados por los cambios de la señal del satélite de navegación (puntos de colores). Crédito:Universidad Sapienza / NASA-JPL / Caltech
"VARION es una contribución novedosa a los futuros sistemas operativos integrados de alerta temprana de tsunamis, ", dijo Savastano." Actualmente estamos incorporando el algoritmo en el sistema GPS diferencial global de JPL, que proporcionará acceso en tiempo real a los datos de unas 230 estaciones GNSS de todo el mundo que recopilan datos de múltiples constelaciones de satélites, incluyendo GPS, Galileo, GLONASS y BeiDou ". Dado que los tsunamis importantes son poco frecuentes, El ejercicio de VARION utilizando una variedad de datos en tiempo real ayudará a validar el algoritmo y avanzará en la investigación sobre este enfoque de detección de tsunamis.
Savastano dice que VARION se puede incluir en estudios de diseño para sistemas de detección de tsunamis oportunos que utilizan datos de una variedad de fuentes, incluyendo sismómetros, boyas, Receptores GNSS y sensores de presión del fondo del océano.
Una vez que se detecta un terremoto en una ubicación específica, un sistema podría comenzar a procesar mediciones en tiempo real de la distribución de electrones en la ionosfera desde múltiples estaciones terrestres ubicadas cerca del epicentro del terremoto, buscando cambios que puedan estar correlacionados con la formación esperada de un tsunami. Las mediciones serían recopiladas y procesadas por una instalación de procesamiento central para proporcionar evaluaciones de riesgo y mapas para eventos de terremotos individuales. Se espera que el uso de múltiples tipos de datos independientes contribuya a la solidez del sistema.
"Esperamos demostrar que es factible utilizar mediciones ionosféricas para detectar tsunamis antes de que impacten en áreas pobladas". ", dijo Komjathy." Este enfoque agregará información adicional a los sistemas existentes, complementando otros enfoques. También se pueden abordar otros peligros mediante observaciones ionosféricas en tiempo real, incluyendo erupciones volcánicas o meteoritos ".
Observando la ionosfera, y cómo el clima terrestre debajo de él interactúa con el espacio de arriba, sigue siendo un foco importante para la NASA. Se planea lanzar dos nuevas misiones, el Explorador de conexiones ionosféricas y las Observaciones a escala global de la extremidad y el disco, a principios de 2018 para observar la ionosfera. lo que, en última instancia, debería mejorar una amplia gama de modelos utilizados para proteger a los seres humanos en tierra y los satélites en el espacio.
