Bildkredit: ESA
När en kraftfull jordbävning skakade marken i Alaska för ett år sedan, satte den också jordens atmosfär skakande. Jonosfären börjar på 75 km och går upp till 1 000 km höjd, och den förstärker all störning som händer på marken under den - en millimeter störning på marken kan bli en 100 meters svängning på 75 km höjd. Detta ger forskare ett nytt verktyg för att spåra jordbävningar runt om i världen.
En våldsam jordbävning som knäckte motorvägar i Alaska gav himlen skakande såväl som landet, har en ESA-stödd studie bekräftat.
Detta faktum kan hjälpa till att förbättra tekniker för att upptäcka jordbävningar i områden som saknar seismiska nätverk, inklusive havsbotten.
Ett team från Institut de Physique du Globe de Paris och California Institute of Technology har framgångsrikt använt GPS-satellitkonstellationen Global Positioning System (GPS) för att kartlägga störningar i jonosfären efter jordbävningen i november 7,9 i Denali, Alaska.
Deras artikel har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Geophysical Research Letters. Själva forskningen genomfördes till stöd för ESA: s Space Weather Applications Pilot Project, syftat till att utveckla operativa övervakningssystem för rymdförhållanden som kan påverka livet här på jorden.
Jonosfären är en atmosfärisk region fylld med laddade partiklar som täcker jorden mellan höjder på cirka 75 till 1000 km. Det har en anmärkningsvärd förmåga att störa radiovågor som sprider sig genom den.
I det specifika fallet med GPS-navigationssignaler, mottagna på jorden från kretsloppssatelliter, fluktuationer i jonosfären? känd som "jonosfäriska scintillationer" - har potential att orsaka signalförseningar, navigationsfel eller i extrema fall flera timmars service-lockouts på vissa platser.
Men även om sådana störningar kan vara en besvär för vanliga GPS-användare, representerar det en välsignelse för forskare. Genom att mäta ännu mindre skiftningar i GPS-signalutbredningstiden - orsakad av variationer i lokal elektrondensitet när signalen passerar genom jonosfären - har forskare till hands ett sätt att kartlägga jonosfäriska fluktuationer i nära realtid.
Det franska och amerikanska teamet använde sig av täta nätverk av hundratals fasta GPS-mottagare på plats i hela Kalifornien. Dessa nätverk grundades ursprungligen för att mäta små markrörelser på grund av geologisk aktivitet, men de kan också användas för att plotta jonosfärstrukturen över tre dimensioner och i detalj.
När jordbävningen i Denali inträffade den 3 november 2002 hade teamet en chans att använda denna teknik för att undersöka en annan särskild egenskap hos jonosfären, dess förmåga att fungera som en naturlig förstärkare av seismiska vågor som rör sig över jordens yta.
Det finns flera olika typer av seismiska vågor som rör sig marken under en jordbävning, den största skalan och den som gör det mesta av rörelsen kallas en Rayleigh Wave. Denna typ av våg rullar längs marken upp och ner och sida vid sida, på samma sätt som en våg rullar längs havet.
Tidigare forskning har visat att chockvågor från Rayleigh Waves i sin tur skapar störningar i stor skala i jonosfären. En millimeter topp-till-topp-förskjutning på marknivå kan skapa svängningar större än 100 meter på 150 km höjd.
Vad teamet kunde göra efter Denali-jordbävningen var att upptäcka en distinkt vågfront som rör sig genom jonosfären. "Att använda nätverket gjorde det möjligt för oss att observera vågens utbredning," förklarade medförfattaren Vesna Ducic. "Vi kunde också skilja den lilla signalen för totalt elektroninnehåll från de mycket stora variationerna i elektroninnehållet relaterat till den dagliga variationen i jonosfären."
Teamet observerade en signal två till tre gånger större än ljudnivån, och anlände cirka 660 till 670 sekunder efter ankomsten av Rayleigh Waves på marken. Och eftersom cirka sex GPS-satelliter är synliga för varje markmottagare kunde de beräkna höjden för maximal störning? cirka 290 till 300 km upp.
Signalerna var svaga och samlades bara var 30: e sekund, med en maximal upplösning på 50 km och den totala ljudnivån hög. Men den observerade jonosfäriska signalen hade ett tydligt mönster i överensstämmelse med modeller av seismiskt beteende. Förhoppningen är att tekniken kan förbättras i framtiden och användas för att upptäcka jordbävningar i områden utan seismiska detektorer, som djuphavet eller nära öar.
”Inom ramen för Galileo planerar vi att utveckla denna forskning ,? sa Ducic. ”Galileo kommer att fördubbla antalet satelliter och kommer därför att möjliggöra mycket mer exakta kartor över jonosfären. Vi kan också förutse att Europa kommer att utveckla ett tätt nätverk av Galileo / GPS-stationer som kommer att delta i övervakningen av dessa fenomen.
”ESA har tillsammans med det franska forskningsministeriet och CNES redan beslutat att finansiera ett föroperativt projekt som heter SPECTER - Service and Products for Ionosphere Electronic Content and Tropospheric Refractive index över Europa från GPS - som ägnas åt den högupplösta kartläggningen av jonosfär. Vi kommer att göra kartläggning över såväl Europa som Kalifornien.
"Dessa utredningar kommer att stödja den franska rymdbyrån CNES? S DEMETER (upptäckt av elektromagnetiska utsläpp som överförs från jordbävningsregioner) mikrosatellit, som kommer att lanseras 2004 och ägnas åt upptäckt i jonosfären av seismiska, vulkaniska och mänskliga signaler. Dessa ESA-aktiviteter kommer att genomföras inom ramen för pilotprojektet Space Weather Applications. "
Pilotprojektet för Space Weather Applications är ett ESA-initiativ som redan börjat utveckla ett brett utbud av applikationsorienterade tjänster baserade på övervakning av rymdväder.
De samfinansierade tjänsterna under utveckling - som projektet är en av - inkluderar också prognosavbrott i kraft- och kommunikationssystem och tillhandahållande av tidig varning till rymdskeppsoperatörerna om de faror som uppstår genom ökad sol- och rymdväderaktivitet. Förhoppningen är att en seismisk detekteringstjänst baserad på jonosfäriska mätningar i framtiden kan komplettera befintliga resurser i Europa och på andra håll.
Originalkälla: ESA News Release
