Con la tecnología cada vez más integrada en nuestra vida diaria, la comprensión del clima espacial y sus efectos en la tecnología es cada vez más importante.
cuando escuchamosclima espacialPor lo general, uno piensa en erupciones masivas en el sol: eyecciones de masa coronal hacia la Tierra, creando una deslumbrante exhibición de aurora boreal.
Sin embargo, no todos los climas espaciales comienzan en el sol.
La erupción volcánica en Tonga en enero de 2022 fue tan grande que provocó ondas en la atmósfera superior que formaron su propia forma de clima espacial.
Fue una de las erupciones más grandes de la historia moderna y afectó a GPS en Australia y el sudeste asiático. Como describimos en nuestro nuevo estudio en la revista clima espacialla erupción volcánica creó una súper «burbuja de plasma» sobre el norte de Australia que duró horas.
Verdaderamente un sistema de posicionamiento global
Mientras que la mayoría de la gente tener gps (Sistema de posicionamiento global) en sus dispositivos (como satélites y teléfonos inteligentes), no muchos saben cómo funciona realmente el GPS.
En esencia, nuestros dispositivos escuchan señales de radio enviadas por satélites que orbitan alrededor de la Tierra. Utilizando estas señales, calculan su posición con respecto a los satélites, lo que nos permite orientarnos y encontrar el bar o la cafetería más cercana.
Las señales de radio que reciben nuestros dispositivos se ven afectadas por la atmósfera terrestre (especialmente la capa denominada atmósfera terrestre). ionosfera), lo que reduce la precisión de la ubicación. Los dispositivos comunes solo tienen una precisión de decenas de metros.
Sin embargo, los sistemas de posicionamiento satelital más nuevos y mejorados, utilizados en las industrias minera, agrícola y de la construcción, pueden tener una precisión de diez centímetros. El único problema es que estos sistemas necesitan tiempo para instalarse en sus sitios, y esto puede demorar treinta minutos o más.
este Posicionamiento satelital preciso Funciona modelando con precisión las fallas causadas por la ionosfera de la Tierra. Pero cada vez que ocurre una perturbación en la ionosfera, se vuelve compleja y difícil de modelar.
Por ejemplo, cuando ocurre una tormenta geomagnética (una perturbación en el viento solar que afecta el campo magnético de la Tierra), la ionosfera se vuelve turbulenta y las ondas de radio que viajan a través de ella se dispersan, como la luz visible que se dobla y se dispersa cuando se observa un lago en condiciones irregulares.
perturbación volcánica
estudios recientes Mostró que la erupción del volcán Hongga Tonga-Hong Haapei provocó condiciones erráticas en la ionosfera que duraron unos días. Las ondas que generaron en la ionosfera eran similares en tamaño a las generadas por las tormentas geomagnéticas.
Si bien estas ondas afectaron los datos de GPS en todo el mundo durante días después de la erupción, su efecto sobre el posicionamiento fue algo limitado en comparación con otro tipo de perturbación en la ionosfera: la «superburbuja de plasma» que se formó después de la erupción.
La ionosfera es una capa de la atmósfera de la Tierra a altitudes de aproximadamente 80-800 km. Consiste en un gas con muchas partículas cargadas eléctricamente, lo que lo convierte en «plasma. »
A su vez, las burbujas de plasma ecuatorial son perturbaciones de plasma en la ionosfera que ocurren naturalmente durante la noche en latitudes bajas.
Estas burbujas de plasma ocurren regularmente. Se forman debido a un fenómeno llamado «inestabilidad generalizada de Rayleigh-Taylor». Es similar a lo que sucede cuando un líquido pesado se asienta sobre un líquido menos pesado, y las burbujas de ese líquido más liviano burbujean en el líquido pesado como «burbujas» (vea el video a continuación).
Cuando se trata de perturbaciones en la ionosfera, el plasma también está controlado por campos magnéticos y eléctricos.
A medida que ascienden, las burbujas de plasma forman estructuras de formas extrañas que se asemejan a cactus o raíces de árboles invertidas. Debido al campo magnético de la Tierra, estas estructuras se extienden a medida que la burbuja crece sobre el ecuador.
El resultado es que las burbujas de mayor altitud también alcanzan latitudes más altas. Por lo general, las burbujas de plasma alcanzan unos cientos de kilómetros sobre el ecuador, alcanzando latitudes entre 15 y 20 grados norte y sur.
Rara burbuja sobre Australia
Los científicos descubren a Súper burbuja de plasma Sobre el sudeste asiático poco después de la erupción del volcán Tonga. Se estima que su tamaño es similar al reportado previamente Burbujas súper raras.
El campo magnético de la Tierra llevó la perturbación hacia el sur, donde permaneció durante unas horas sobre Townsville, en el noreste de Australia.
Hasta la fecha, esta es la burbuja de plasma más al sur que se ha observado sobre Australia. Aunque estas superburbujas son raras, se sabe que ocurrieron en el norte de Australia, pero no se habían observado directamente antes de este evento.
La reciente proliferación de estaciones de GPS en el norte de Australia ha hecho posible este tipo de seguimiento.
Se entiende que las ondas de la erupción perturbaron los vientos en la atmósfera superior, alterando el flujo de plasma en la ionosfera y provocando la aparición de la superburbuja de plasma.
Nuestro estudio encontró que la burbuja causó retrasos significativos en el uso de GPS precisos en el norte de Australia y el sudeste asiático. En algunos casos, tomó más de cinco horas obtener un bloqueo en una ubicación GPS debido a la burbuja de plasma.
Si bien entendemos mucho sobre la ionosfera, nuestra capacidad para predecir sus perturbaciones aún es limitada. Tener más estaciones GPS no solo es útil para mejorar el posicionamiento y la navegación, sino que también llena los vacíos en el monitoreo ionosférico.
La erupción del volcán Tonga estuvo lejos de ser un típico evento de «clima espacial» causado por el sol. Pero su impacto en la atmósfera superior y el GPS resalta la importancia de comprender cómo el medio ambiente afecta las tecnologías en las que confiamos.
más información:
BA Carter et al, Impactos ionosféricos de la erupción de Hongga Tonga de 2022 y efectos asociados en el posicionamiento preciso del GPS en la región australiana, clima espacial (2023). doi: 10.1029/2023SW003476