Вчені NASA виявляють цунамі за їх шумом в атмосфері

Нова технологія моніторингу небезпеки використовує сигнали GPS для полювання на хвилі в Тихоокеанському вогняному кільці. Довгостроковою метою GUARDIAN є вдосконалення систем раннього попередження. Цунамі, викликані землетрусами, підводними вулканами та іншими силами, що струсають Землю, можуть спустошити прибережні громади. А коли йдеться про завчасне попередження, кожна секунда має значення. Вчені з Лабораторії реактивного руху НАСА випробовують новий підхід для виявлення – з далеких куточків атмосфери – найсмертоносніших хвиль океану.

Експериментальна система моніторингу під назвою GUARDIAN (GNSS Upper Atmospheric Real-time Disaster Information and Alert Network) використовує дані з кластерів GPS та інших орбітальних супутників, що обертаються навколо нашої планети. У сукупності ці кластери відомі як глобальні навігаційні супутникові системи, або GNSS. Їхні радіосигнали доходять до сотень наукових наземних станцій по всьому світу, і ці дані обробляються мережею Global Differential GPS (GDGPS) JPL, яка покращує точність позиціонування в реальному часі до кількох дюймів (приблизно 10 сантиметрів).

Нова система відсіює сигнали для підказок того, що десь на Землі виникло цунамі. Як це працює? Під час цунамі багато квадратних миль поверхні океану можуть підійматися й опускатися майже в унісон, витісняючи значну кількість повітря над собою. Витіснене повітря розтікається в усіх напрямках у вигляді низькочастотних звукових і гравітаційних хвиль. Протягом кількох хвилин ці вібрації досягають найвищого шару атмосфери: нагрітої Сонцем електрично зарядженої  іоносфери. Наступне зіткнення хвиль тиску із зарядженими частинками може дуже незначно спотворювати сигнали від сусідніх навігаційних супутників.

У той час як навігаційні інструменти зазвичай намагаються виправити такі збурення іоносфери, вчені можуть використовувати їх як рятувальний дзвіночок тривоги, зазначив Лео Мартір, науковець JPL, який розробляє GUARDIAN. «Замість того, щоб виправляти це як помилку, ми використовуємо це як дані для пошуку природних небезпек», — сказав Мартір.

Найшвидший інструмент моніторингу у своєму роді

Технологія все ще розвивається, сказав Мартір, який є співголовою робочої групи в Міжнародному  комітеті ООН з GNSS, яка вивчає використання навігаційних супутникових систем для покращення стратегій раннього попередження. Наразі дані GUARDIAN у режимі майже в реальному часі мають інтерпретувати експерти, навчені визначати ознаки цунамі. Але це вже один із найшвидших інструментів моніторингу такого роду:  протягом 10 хвилин  він може створити своєрідний знімок гуркоту цунамі, що досягає іоносфери. І це потенційно може надати цілу годину попередження, залежно від відстані походження цунамі від берега.

«Ми передбачаємо, що одного дня GUARDIAN доповнить існуючі наземні та океанські прилади, такі як сейсмометри, буї та мареографи, які є дуже ефективними, але їм не вистачає систематичного охоплення відкритого океану», — говорить Сіддхарт Крішнамурті, також член команди розробників JPL. Вчені, пов’язані з програмою NASA Disasters, зараз  використовують наземні прилади  на станціях GNSS для швидшого виявлення цунамі.

«Коли біля океану відбувається сильний землетрус, ми хочемо швидко дізнатися магнітуду та характеристики землетрусу, щоб зрозуміти ймовірність того, що цунамі виникне, і ми хочемо знати, чи справді цунамі було спричинене», — сказав Джеральд Бауден, науковий співробітник програми «Поверхня Землі та внутрішніх справ» у штаб-квартирі NASA у Вашингтоні. «Сьогодні є два способи дізнатися, чи виникло цунамі до того, як воно досягне берега – буї DART NOAA та спостереження за іоносферою GNSS. Існує обмежена кількість буїв, і вони дуже дорогі, тому такі системи, як GUARDIAN, можуть доповнити поточні системи попередження».

Зараз команда GUARDIAN зосереджена на геологічно активному Вогняному кільці Тихого океану. Близько 78% із понад 750 підтверджених цунамі між 1900 і 2015 роками сталися в цьому регіоні, згідно з історичною базою даних, яку підтримує Національне управління океанічних і атмосферних досліджень (NOAA). Зараз GUARDIAN спостерігає за трохи більш ніж половина цікавого регіону в Тихому океані.

Команда GUARDIAN розробляє сайт, який дозволить експертам досліджувати стан іоносфери майже в режимі реального часу, вивчаючи посилання окремих супутникових станцій у мережі GNSS. Користувачі можуть отримати доступ до даних приблизно з 90 станцій навколо Тихоокеанського вогняного кільця та виявити цікаві сигнали протягом кількох хвилин після події. Команда прагне розширити охоплення та вдосконалити систему, щоб вона могла автоматично позначати цунамі та інші небезпеки, включаючи виверження вулканів і землетруси.