Gran hallazgo: la erupción del volcán submarino de Tonga interrumpió la señal de satélites

La extraordinaria erupción brindó una oportunidad única para realizar este tipo de estudio. Los resultados contribuirán a la prevención de fallos de radiodifusión y comunicación por satélite, asociados a perturbaciones ionosféricas causadas por terremotos y erupciones volcánicas.

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La región F en la ionosfera desempeña un papel crucial en las radiocomunicaciones de larga distancia.

Un equipo internacional ha utilizado observaciones ionosféricas por satélite y terrestres para demostrar que una onda de presión atmosférica desencadenada por erupciones volcánicas podría producir una burbuja de plasma ecuatorial (EPB, por sus siglas en inglés) en la ionosfera, lo que perturbaría gravemente las comunicaciones por satélite. Los resultados se publican en la revista Scientific Reports.

El papel crucial de la región F en las radiocomunicaciones

La ionosfera es la región de la atmósfera superior de la Tierra donde las moléculas y los átomos son ionizados por la radiación solar, creando iones cargados positivamente.

La zona con mayor concentración de partículas ionizadas se denomina región F, un área situada entre 150 y 800 kilómetros por encima de la superficie terrestre. La región F desempeña un papel crucial en las radiocomunicaciones de larga distancia, ya que refleja y refracta las ondas de radio utilizadas por los satélites y los sistemas de localización GPS hacia la superficie terrestre.

Estas importantes transmisiones pueden verse perturbadas por irregularidades en la región F. Durante el día, la ionosfera es ionizada por la radiación ultravioleta del Sol, creando un gradiente de densidad de electrones con la mayor densidad cerca del ecuador. Sin embargo, las perturbaciones de este gradiente, como el movimiento del plasma, los campos eléctricos y los vientos neutrales, pueden provocar la formación de una irregularidad localizada de mayor densidad de plasma. Esta región puede crecer y evolucionar, creando una estructura en forma de burbuja denominada EPB.

El EPB puede retrasar las ondas de radio y degradar el rendimiento del GPS.

Dado que estos gradientes de densidad pueden verse afectados por las ondas atmosféricas, durante mucho tiempo se ha barajado la hipótesis de que se forman por fenómenos terrestres como la actividad volcánica.

Erupción del volcán Tonga, una oportunidad única de estudio

La erupción del volcán Tonga ofreció, a un equipo internacional de trabajo liderado por Atsuki Shinbori, una oportunidad única para poner a prueba esta teoría.

La erupción del volcán de Tonga fue la mayor erupción submarina de la historia. Esto permitió al equipo poner a prueba su teoría utilizando el satélite Arase para detectar los casos de EPB, el satélite Himawari-8 para comprobar la llegada inicial de las ondas de presión atmosférica y observaciones ionosféricas terrestres para seguir el movimiento de la ionosfera.

Observaron una estructura irregular de la densidad de electrones a través del ecuador que se produjo tras la llegada de las ondas de presión generadas por la erupción volcánica.

"Los resultados de este estudio mostraron EPBs generados en la ionosfera ecuatorial a baja latitud en Asia en respuesta a la llegada de ondas de presión causadas por erupciones volcánicas submarinas en Tonga", dijo Shinbori.

erupción del volcán de Tonga
La erupción del volcán de Tonga fue la mayor erupción submarina de la historia. Imagen: UNIVERSIDAD DE AUCKLAND

El equipo también hizo un descubrimiento sorprendente. Por primera vez, demostraron que las fluctuaciones ionosféricas comienzan entre unos minutos y unas horas antes que las ondas de presión atmosférica implicadas en la generación de burbujas de plasma. Esto podría tener importantes implicaciones, ya que sugiere que es necesario revisar el modelo de acoplamiento geosfera-atmósfera-cosmosfera que se mantiene desde hace mucho tiempo, según el cual las perturbaciones ionosféricas sólo se producen después de la erupción.

"Esto sugiere que la propagación de las ondas atmosféricas rápidas en la ionosfera desencadenó las perturbaciones ionosféricas antes de la llegada inicial de las ondas de choque. Por lo tanto, es necesario revisar el modelo para tener en cuenta estas ondas atmosféricas rápidas en la ionosfera", explicó Shinbori.

Contribuciones a la prevención de fallos en la comunicación por satélite

También descubrieron que el EPB se extendía mucho más allá de lo previsto por los modelos estándar. "Estudios anteriores han demostrado que la formación de burbujas de plasma a altitudes tan elevadas es un hecho poco frecuente, por lo que se trata de un fenómeno muy inusual", afirmó Shinbori. "Descubrimos que el EPB formado por esta erupción alcanzó el espacio incluso más allá de la ionosfera, lo que sugiere que deberíamos prestar atención a la conexión entre la ionosfera y la cosmosfera cuando se producen fenómenos naturales extremos, como el de Tonga".

"Los resultados de esta investigación son significativos no sólo desde el punto de vista científico, sino también desde el punto de vista de la meteorología espacial y la prevención de catástrofes", afirmó.

Agregó que "en el caso de un acontecimiento a gran escala, como la erupción del volcán Tonga, las observaciones han demostrado que puede formarse un agujero en la ionosfera incluso en condiciones que se consideran poco probables en circunstancias normales. Estos casos no se han incorporado a los modelos de previsión de la meteorología espacial."

Shinbori concluye que "este estudio contribuirá a la prevención de los fallos de radiodifusión y comunicación por satélite asociados a las perturbaciones ionosféricas causadas por terremotos, erupciones volcánicas y otros fenómenos."

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