Los satélites GPS no solo te indican la ruta más rápida para volver a casa. También pueden detectar tsunamis
El pasado 30 de julio un terremoto de magnitud 8,8 frente a la península rusa de Kamchatka provocó un tsunami que se extendió por el Océano Pacífico.
Además de las advertencias de los centros sísmicos y los sensores de presión de las profundidades oceánicas, los científicos recibieron una alerta temprana de un sorprendente lugar: la atmósfera superior.
Resulta que la corrección de errores del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), el sistema que ayuda a tu coche a saber adónde ir, puede ayudar a detectar tsunamis.
Imagen: La ionosfera retrasa la llegada de las señales GPS y debe medirse y contabilizarse constantemente. Crédito: Abba et al.
Envío de señales
El GPS funciona midiendo el tiempo que tarda una señal en viajar desde un receptor, por ejemplo, tu teléfono, hasta varios satélites GPS en el espacio.
Estas señales viajan a la velocidad de la luz, que es constante. Esto significa que tu receptor puede calcular la distancia a la que se encuentran los satélites si conoce el tiempo que tardó en llegar la señal.
Una vez que tu teléfono detecta tu distancia a varios satélites GPS, puede determinar tu ubicación. Este proceso se llama trilateración.
Desafortunadamente, las señales GPS se ven afectadas por la atmósfera superior, la ionosfera. La ionosfera contiene muchos electrones libres que se mueven como plasma.
Las señales de radio entre los receptores GPS terrestres y los satélites espaciales interactúan con los electrones libres, ralentizándolos y tardando más en llegar a tu teléfono.
Dado que la luz viaja tan rápido, un retraso de tan solo unos milisegundos puede suponer un error de precisión de muchos metros.
Imagen derecha: Los dispositivos de navegación global detectaron ondas en la ionosfera producidas por el terremoto de Kamchatka. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Los electrones navegan sobre la ola
Por esta razón, los operadores de GPS dedican un gran esfuerzo al estudio de la ionosfera y al monitoreo de su actividad, intentando finalmente estimar el recuento total de electrones.
Una vez que pueda estimar esto, el receptor GPS puede restar el retraso para corregir los errores introducidos por la ionosfera.
La ionosfera es muy variable y se ve afectada por la actividad solar, los ciclos diurnos y nocturnos, y el movimiento general de la atmósfera.
Durante un tsunami, una gran área de la superficie del océano sube y baja en un solo movimiento, lo que empuja una cantidad considerable de aire hacia arriba.
Estas ondas en la atmósfera se elevan hasta el espacio, donde causan ondas en la ionosfera, que luego pueden ser detectadas por los dispositivos de navegación global.
Aviso de un día
Aquí es donde entra en juego la tecnología GUARDIAN de la NASA.
Como todos los proyectos de la NASA, es un acrónimo complejo. GUARDIAN significa GNSS Upper Atmospheric Real-time Disaster Information and Alert Network (Red de Información y Alerta de Desastres en Tiempo Real de la Atmósfera Superior GNSS).
Imagen: La distorsión de las señales GNSS causada por la ionosfera variable, que se muestra como rayas en la imagen, permitió la detección temprana del tsunami de Kamchatka. Crédito: NASA/JPL-Caltech
GNSS significa Sistema Global de Navegación por Satélite, del cual el GPS es un ejemplo.
El 29 de julio, los investigadores acababan de instalar un sistema automatizado para GUARDIAN. Este revisaría constantemente los datos de la ionosfera y enviaría una notificación a los científicos si ocurría algo interesante.
Al día siguiente, detectó ondas en la ionosfera causadas por el terremoto de Kamchatka menos de 20 minutos después de su ocurrencia.
Esto permitió una alerta 40 minutos antes de que el tsunami alcanzara zonas pobladas del Pacífico.
Imagen derecha: Mediciones SWOT, representadas como la línea brillante, comparadas con las estimaciones del modelo matemático, sombreadas. La estrella roja indica la ubicación del sismo. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Tecnología espacial en la Tierra
Mientras tanto, el satélite franco-estadounidense SWOT (Topografía de Aguas Superficiales y Océanos) sobrevolaba la zona mientras se desplazaba el tsunami.
Entre otras cosas, el SWOT mide la altura de la superficie del océano con respecto a su promedio y detectó claramente la presencia del tsunami. Proporcionó una valiosa confirmación y retroalimentación a los modelos oceanográficos de estas olas.
Este increíble estudio de caso muestra cómo la tecnología espacial tiene aplicaciones mucho más cercanas a la Tierra de lo que se podría pensar.
