Mayo 17, 2017: Los científicos miran a los cielos para mejorar la detección del tsunami

Detección en tiempo real de perturbaciones de la ionosfera provocadas por el tsunami de la isla de la Reina Charlotte, 27 de octubre de 2012, frente a la costa de British Columbia, Canadá, utilizando el algoritmo VARION. Crédito: Universidad Sapienza/NASA-JPL/Caltech

Un equipo de científicos de la Universidad de Sapienza en 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 los sistemas de detección de tsunamis a tiempo, basados en mediciones de cómo los tsunamis perturban una parte de la atmósfera terrestre.

El nuevo enfoque, llamado enfoque Variometric para la observación de la ionosfera en tiempo real, o VARION, utiliza observaciones de GPS y otros sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS) para detectar, en tiempo real, disturbios en la ionosfera de la Tierra asociados con un tsunami. La ionosfera es la capa de la atmósfera de la Tierra situada de cerca de 50 a 621 millas (80 a 1.000 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra. Es ionizado por radiación solar y cósmica y es más conocido por la aurora boreal (Northern Lights) y Aurora australis (Southern Lights).

Cuando un tsunami se forma y se mueve a través del océano, las crestas y canales de sus ondas comprimen y extienden el aire por encima de ellos, creando movimientos en la atmósfera conocida como ondas de gravedad internas. Las ondulaciones de las ondas internas de la gravedad se amplifican a medida que viajan hacia arriba en una atmósfera que se vuelve más delgada con la altitud. Cuando las ondas alcanzan una altitud de entre 186 a 217 millas (300 a 350 kilómetros), causan cambios perceptibles a la densidad de electrones en la ionosfera. Estos cambios se pueden medir cuando las señales del GNSS, tales como las de GPS, viajan a través de estos disturbios inducidos por el tsunami.

VARION fue diseñado bajo la dirección del Mattia Crespi de Sapienza. El autor principal del algoritmo es Giorgio Savastano, un estudiante de doctorado en Geodesia y Geomática en Sapienza y un empleado afiliado en JPL, que llevó a cabo un mayor desarrollo y validación del algoritmo. El trabajo se delineó recientemente en un estudio Sapienza-y NASA-financiado publicado en la revista de informes científicos de Nature.

En 2015, Savastano fue galardonado con una beca por Consiglio Nazionale Degli Ingegneri (CNI) y científicos y académicos italianos en la Fundación Norteamérica (ISSNAP) para una pasantía de dos meses en JPL, donde se unió al grupo de sensores remotos de la ionosfera y atmosférica bajo la supervisión de Attila komjáthy y Anthony Mannucci.

"VARION es una contribución novedosa a los sistemas de alerta temprana de tsunamis operacionales integrados en el futuro", dijo Savastano. "actualmente estamos incorporando el algoritmo en el sistema GPS diferencial global de JPL, que proporcionará acceso en tiempo real a datos de alrededor de 230 estaciones GNSS alrededor del mundo que recopilan datos de múltiples constelaciones satelitales, incluyendo GPS, Galileo, GLONASS y Beidou." Puesto que los tsunamis significativos son infrecuentes, el ejercicio de VARION usando una variedad de datos en tiempo real ayudará a validar el algoritmo y a avanzar la investigación en este acercamiento de la detección del tsunami.

Savastano dice que VARION puede ser incluido en estudios de diseño para los sistemas de detección de tsunamis oportunos que utilizan datos de una variedad de fuentes, incluyendo sismómetro, boyas, receptores GNSS y sensores de presión de fondo oceánico.

Una vez detectado 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 sismo, buscando cambios que puedan correlacionarse con la formación prevista de un tsunami. Las mediciones serían recolectadas y procesadas por una instalación central de procesamiento para proporcionar evaluaciones de riesgos y mapas para eventos individuales de terremotos. Se espera que el uso de múltiples tipos de datos independientes contribuya a la robustez del sistema.

"esperamos demostrar que es factible usar mediciones de la ionosfera para detectar tsunamis antes de que afecten las áreas pobladas", dijo komjáthy. "este enfoque agregará información adicional a los sistemas existentes, complementando otros enfoques." Otros peligros también pueden ser dirigidos usando observaciones de la ionosfera en tiempo real, incluyendo erupciones volcánicas o meteoritos.

La observación de la ionosfera, y cómo el clima terrestre debajo de él interconecta con el espacio arriba, continúa siendo un foco importante para la NASA. Dos nuevas misiones--el explorador de conexión de la ionosfera y las observaciones a escala global de la extremidad y el disco--están planeadas para lanzar a principios de 2018 para observar la ionosfera, que debería mejorar en última instancia una amplia gama de modelos utilizados para proteger a los seres humanos en el suelo y los satélites en el espacio.

Alan Buis
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-0474
alan.buis@jpl.nasa.gov

Traducción: El Quelonio Volador