Billedkredit: ESA
Da et kraftigt jordskælv rystede jorden i Alaska for et år siden, fik det også Jordens atmosfære til at ryste. Ionosfæren starter ved 75 km og går op til 1.000 km højde, og den forstærker enhver forstyrrelse, der sker på jorden under den - en millimeterforstyrrelse på jorden kunne blive en 100 meter svingning i 75 km højde. Dette giver forskere et nyt værktøj til at spore jordskælv rundt om i verden.
Et voldsomt jordskælv, der revner motorveje i Alaska, bragte himlen såvel som jorden, har en ESA-støttet undersøgelse bekræftet.
Denne kendsgerning kan hjælpe med at forbedre teknologier til påvisning af jordskælv i områder, der mangler seismiske netværk, herunder havbunden.
Et team fra Institut de Physique du Globe de Paris og California Institute of Technology har med succes brugt satellitkonstellationen Global Positioning System (GPS) til at kortlægge forstyrrelser i ionosfæren efter jordskælvet i størrelsesordenen 7,9 i Denali, Alaska.
Deres artikel er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Geophysical Research Letters. Selve forskningen blev udført til støtte for ESAs pilotvejsprojekt for rumvejrapplikationer, der havde til formål at udvikle operationelle overvågningssystemer til rumforhold, der kan påvirke livet her på Jorden.
Ionosfæren er et atmosfærisk område fyldt med ladede partikler, der tæpper jorden mellem højder på omkring 75 til 1000 km. Det har en bemærkelsesværdig evne til at forstyrre radiobølger, der forplantes gennem det.
I det særlige tilfælde af GPS-navigationssignaler, modtaget på Jorden fra kredsløbssatellitter, udsving i ionosfæren? kendt som 'ionosfæriske scintillationer' - har potentialet til at forårsage signalforsinkelser, navigationsfejl eller i ekstreme tilfælde flere timers service-lockouts på bestemte steder.
Men selvom en sådan interferens kan være en ulempe for almindelige GPS-brugere, repræsenterer det en velsignelse for forskere. Ved at måle endnu mindre skift i GPS-signalets forplantningstid - forårsaget af variationer i lokal elektrondensitet, når signalet passerer gennem ionosfæren, har forskerne fingerspidserne et middel til at kortlægge ionosfæriske udsving i næsten realtid.
Det franske og det amerikanske team benyttede sig af tætte netværk af hundreder af faste GPS-modtagere på plads i Californien. Disse netværk blev oprindeligt etableret for at måle små jordbevægelser på grund af geologisk aktivitet, men de kan også bruges til at kortlægge ionosfærestrukturen på tværs af tre dimensioner og i detaljer.
Da jordskælvet i Denali opstod den 3. november 2002, havde teamet en chance for at bruge denne teknik til at undersøge en anden karakteristisk egenskab ved ionosfæren, dens evne til at arbejde som en naturlig forstærker af seismiske bølger, der bevæger sig over jordens overflade.
Der er flere forskellige typer seismiske bølger, der bevæger jorden under et jordskælv, den største skala, og den, der udfører det meste af bevægelsen, er kendt som en Rayleigh Wave. Denne type bølge ruller langs jorden op og ned og side til side på samme måde som en bølge ruller langs havet.
Tidligere forskning har konstateret, at chokbølger fra Rayleigh Waves igen satte store forstyrrelser i ionosfæren op. En millimeter top-til-top-forskydning på jordoverfladen kan indstille svingninger, der er større end 100 meter i en højde af 150 km.
Hvad holdet kunne gøre efter Denali-jordskælvet, var at opdage en karakteristisk bølgefront, der bevægede sig gennem ionosfæren. ”Brug af netværket gjorde det muligt for os at observere udbredelsen af bølgerne,” forklarede medforfatter Vesna Ducic. "Vi kunne også adskille det lille totale elektronindholdssignal fra de meget store samlede elektronindholdsvariationer relateret til den daglige variation i ionosfæren."
Holdet observerede et signal, der var to til tre gange større end støjniveauet, og ankom ca. 660 til 670 sekunder efter ankomsten af Rayleigh Waves på jorden. Og fordi omkring seks GPS-satellitter er synlige for hver jordmodtager, var de i stand til at beregne højden af maksimal forstyrrelse? omkring 290 til 300 km op.
Signalerne var svage og blev kun samplet hvert 30. sekund med en maksimal opløsning på 50 km og den samlede støjhastighed høj. Men det observerede ionosfæriske signal havde et klart mønster, der var i overensstemmelse med modeller af seismisk opførsel. Håbet er, at teknikken kan forbedres i fremtiden og bruges til at detektere jordskælv i områder uden seismiske detektorer, såsom dybhavet eller nær øer.
”Inden for rammerne af Galileo planlægger vi at udvikle denne forskning ,? sagde Ducic. ”Galileo vil fordoble antallet af satellitter og vil derfor tillade meget mere præcise kort over ionosfæren. Vi kan også forudse, at Europa vil udvikle et tæt netværk af Galileo / GPS-stationer, der vil deltage i overvågningen af disse fænomener.
”ESA har sammen med det franske forskningsministerium og CNES allerede besluttet at finansiere et præoperativt projekt kaldet SPECTER - Service and Products for Ionosphere Electronic Content and Tropospheric Refractive index over Europe from GPS - dedikeret til den høje opløsning kortlægning af ionosfæren. Vi vil udføre kortlægning over Europa såvel som Californien.
”Disse undersøgelser vil støtte det franske rumfartsbureau CNES? S DEMETER (påvisning af elektromagnetiske emissioner transmitteret fra jordskælvsområder) mikrosatellit, der blev lanceret i 2004 og viet til detektion i ionosfæren af seismiske, vulkanske og menneskeskabte signaler. Disse ESA-aktiviteter vil blive udført inden for rammerne af Space Weather Applications Pilot Project. ”
Pilotprojektet Space Weather Applications er et ESA-initiativ, der allerede er begyndt at udvikle en bred vifte af applikationsorienterede tjenester baseret på overvågning af rumvejr.
De samfinansierede tjenester, der er under udvikling, som dette projekt er et af, inkluderer også forudsigelse af afbrydelse af strøm- og kommunikationssystemer og tilvejebringelse af en tidlig advarsel til rumfartøjsoperatører om farerne ved øget sol- og rumvejraktiviteter. Håbet er, at en seismisk detektionstjeneste baseret på ionosfæriske målinger i fremtiden kan supplere de eksisterende ressourcer i Europa og andre steder.
Original kilde: ESA News Release
