Interrumpió las señales GPS por satélite en Australia y el sudeste asiático
Con la tecnología cada vez más integrada en nuestra vida cotidiana, es cada vez más importante comprender el clima espacial y sus impactos en la tecnología.
Cuando uno escucha "clima espacial", normalmente piensa en enormes explosiones en el sol: eyecciones de masa coronal lanzadas hacia la Tierra, creando hermosas exhibiciones de auroras.
Sin embargo, no todo el clima espacial comienza en el sol.
La erupción volcánica en Tonga en enero de 2022 fue tan grande que creó ondas en la atmósfera superior que constituyeron su propia forma de clima espacial.
Fue una de las explosiones más grandes de la historia moderna y afectó al GPS en Australia y el sudeste asiático. Como se describe en un nuevo estudio, la erupción causó una súper "burbuja de plasma" sobre el norte de Australia que duró horas.
Un verdadero sistema de posicionamiento global
Si bien la mayoría de las personas tienen un receptor GPS (sistema de posicionamiento global) en sus dispositivos (como un navegador satelital y teléfonos inteligentes), no muchos saben cómo funciona realmente el GPS.
En esencia, nuestros dispositivos escuchan señales de radio transmitidas por satélites que orbitan la Tierra. Usando esas señales, calculan su ubicación en relación con los satélites, lo que nos permite orientarnos y encontrar ese pub o cafetería cercano.
Vídeo: Imágenes satelitales de la erupción del volcán Hunga Tonga. Crédito: Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Joshua Stevens usando imágenes GOES cortesía de NOAA y NESDIS
Las señales de radio que reciben nuestros dispositivos se ven afectadas por la atmósfera de la Tierra (en particular, la capa llamada ionosfera), lo que degrada la precisión de la ubicación. Los dispositivos comunes solo tienen una precisión de decenas de metros.
Sin embargo, los sistemas de posicionamiento satelital precisos nuevos y mejorados, utilizados en las industrias de la minería, la agricultura y la construcción, pueden tener una precisión de diez centímetros. El único inconveniente es que estos sistemas necesitan tiempo para calcular su ubicación, y esto puede demorar treinta minutos o más.
Este posicionamiento satelital preciso funciona modelando con precisión los errores causados por la ionosfera de la Tierra. Pero cada vez que la ionosfera se perturba, la ubicación se vuelve complicada y difícil de modelar.
Por ejemplo, cuando ocurre una tormenta geomagnética (una perturbación en el viento solar que impacta 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 al mirar hacia abajo en un lago en condiciones agitadas.
Vídeo: ¿Cómo funciona el GPS?
Una interrupción volcánica
Estudios recientes han demostrado que la erupción del volcán Hunga Tonga-Hunga Ha'apai provocó condiciones agitadas en la ionosfera que duraron unos días. El tamaño de las ondas que generó en la ionosfera fue similar en tamaño a las creadas por las tormentas geomagnéticas.
Si bien estas ondas influyeron en los datos de GPS de todo el mundo durante días después de la erupción, su impacto en el posicionamiento fue bastante limitado en comparación con otro tipo de perturbación en la ionosfera: una "súper burbuja de plasma" que se formó a raíz de la erupción.
La ionosfera es una capa de la atmósfera de la Tierra a altitudes de aproximadamente 80 a 800 km. Se compone de gas con muchas partículas cargadas eléctricamente, lo que lo convierte en un "plasma".
A su vez, las burbujas de plasma ecuatorial son perturbaciones de plasma en la ionosfera que ocurren naturalmente durante la noche sobre las regiones de baja latitud.
Tales 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 fluido pesado se asienta sobre un fluido menos pesado, y gotas de este fluido más liviano se elevan hacia el fluido pesado en forma de "burbujas" (mira el video a continuación).
Vídeo: Inestabilidad de Rayleigh-Taylor "clásica" en fluidos.
Sin embargo, 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 abren en abanico 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 al norte y al sur.
Imagen: Perturbación en las señales de GPS debido a la ionosfera después de la erupción. Brett Carter, proporcionado por el autor
Una rara burbuja sobre Australia
Los científicos detectaron una súper burbuja de plasma sobre el sudeste asiático poco después de la erupción de Tonga. Se estima que es similar en tamaño a las raras súper burbujas reportadas anteriormente.
El campo magnético de la Tierra llevó esta 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. Si bien es muy raro, se sabe que estas súper burbujas tuvieron lugar en el norte de Australia, pero no se habían observado directamente antes de este evento.
El despliegue de estaciones de GPS en el norte de Australia ha hecho posible recientemente este tipo de observación.
Se entiende que las ondas de la erupción del volcán perturbaron los vientos en la atmósfera superior, alterando el flujo de plasma en la ionosfera y dando lugar a la súper burbuja de plasma.
Imagen: Simulación que muestra el tamaño y la extensión de una burbuja de plasma de tamaño normal (izquierda) junto a la súper burbuja que se extendió por encima del noreste de Australia (derecha). El sombreado rosa es la proyección de las burbujas en el mapa. Crédito: Rezy Pradipta, proporcionado por el autor
El estudio encontró que la burbuja causó significativos retrasos en el uso de GPS preciso en el norte de Australia y el sudeste asiático. En algunos casos, obtener un bloqueo en la ubicación del GPS tomó más de cinco horas debido a la burbuja de plasma.
Si bien entendemos mucho sobre la ionosfera, aún es limitada nuestra capacidad para predecir sus perturbaciones. Tener más estaciones de GPS no solo es beneficioso para mejorar el posicionamiento y la navegación, sino que también llena los vacíos en el monitoreo de la ionosfera.
La erupción de 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.
Los hallazgos se publican en la revista Space Weather: The Ionospheric Effects of the 2022 Hunga Tonga Volcano Eruption and the Associated Impacts on GPS Precise Point Positioning Across the Australian Region
