Tín dụng hình ảnh: ESA
Khi một trận động đất mạnh làm rung chuyển mặt đất ở Alaska một năm trước, nó cũng khiến bầu không khí Trái đất rung chuyển. Tầng điện ly bắt đầu ở 75 km và lên tới 1.000 km độ cao, và nó khuếch đại bất kỳ sự xáo trộn nào xảy ra trên mặt đất bên dưới nó - sự xáo trộn một milimet trên mặt đất có thể trở thành dao động 100 mét ở độ cao 75 km. Điều này mang lại cho các nhà khoa học một công cụ mới để theo dõi các trận động đất trên khắp thế giới.
Một trận động đất dữ dội làm nứt đường cao tốc ở Alaska khiến bầu trời rung chuyển cũng như vùng đất, một nghiên cứu do ESA hậu thuẫn đã xác nhận.
Thực tế này có thể giúp cải thiện các kỹ thuật phát hiện động đất ở những khu vực thiếu mạng lưới địa chấn, bao gồm cả đáy đại dương.
Một nhóm nghiên cứu từ Viện nghiên cứu Physique de Globe de Paris và Viện Công nghệ California đã sử dụng thành công chòm sao vệ tinh Toàn cầu (GPS) để lập bản đồ nhiễu loạn trong tầng điện ly sau trận động đất mạnh 7,9 độ tháng 11 năm ngoái ở Denali, Alaska.
Bài báo của họ đã được công bố trên tạp chí khoa học Geophysical Research Letters. Bản thân nghiên cứu được thực hiện để hỗ trợ Dự án thí điểm ứng dụng thời tiết không gian của ESA, nhằm phát triển các hệ thống giám sát hoạt động cho các điều kiện không gian có thể ảnh hưởng đến sự sống ở đây trên Trái đất.
Tầng điện ly là một vùng khí quyển chứa đầy các hạt tích điện che phủ Trái đất giữa độ cao khoảng 75 đến 1000 km. Nó có một khả năng đáng chú ý là can thiệp vào sóng vô tuyến truyền qua nó.
Trong trường hợp cụ thể của tín hiệu điều hướng GPS, nhận được trên Trái đất từ các vệ tinh quay quanh, dao động trong tầng điện ly? được gọi là sc scintillations ion - có khả năng gây ra sự chậm trễ tín hiệu, lỗi điều hướng hoặc trong trường hợp cực đoan vài giờ khóa dịch vụ tại các địa điểm cụ thể.
Nhưng trong khi sự can thiệp như vậy có thể là một sự bất tiện cho người dùng GPS thông thường, nó đại diện cho một lợi ích cho các nhà khoa học. Bằng cách đo sự thay đổi quy mô nhỏ hơn nhiều trong thời gian truyền tín hiệu GPS - gây ra bởi sự thay đổi mật độ electron cục bộ khi tín hiệu đi qua tầng điện ly - các nhà nghiên cứu đã có trong tay một phương tiện để lập bản đồ dao động tầng điện ly trong thời gian thực.
Nhóm Pháp và Hoa Kỳ đã sử dụng mạng lưới dày đặc của hàng trăm máy thu GPS cố định được đặt tại khắp California. Các mạng này ban đầu được thiết lập để đo các chuyển động mặt đất nhỏ do hoạt động địa chất, nhưng chúng cũng có thể được sử dụng để vẽ cấu trúc tầng điện ly qua ba chiều và chi tiết tốt.
Sau đó, khi trận động đất Denali xảy ra vào ngày 3 tháng 11 năm 2002, nhóm nghiên cứu đã có cơ hội sử dụng kỹ thuật này để điều tra một tính chất đặc biệt khác của tầng điện ly, khả năng của nó hoạt động giống như một bộ khuếch đại tự nhiên của sóng địa chấn di chuyển trên bề mặt Trái đất.
Có một số loại sóng địa chấn khác nhau di chuyển trên mặt đất trong một trận động đất, quy mô lớn nhất và là loại mà hầu hết các chuyển động được gọi là Sóng Rayleigh. Loại sóng này cuộn dọc theo mặt đất lên xuống và từ bên này sang bên kia, giống như một con sóng cuộn dọc theo đại dương.
Nghiên cứu trước đây đã xác định rằng sóng xung kích từ Ray Ray Waves lần lượt thiết lập các nhiễu loạn quy mô lớn trong tầng điện ly. Một sự dịch chuyển từ đỉnh đến đỉnh một milimet ở mặt đất có thể thiết lập các dao động lớn hơn 100 mét ở độ cao 150 km.
Những gì nhóm nghiên cứu có thể làm sau trận động đất Denali là phát hiện một mặt sóng đặc biệt di chuyển qua tầng điện ly. Sử dụng mạng cho phép chúng tôi quan sát sự lan truyền của sóng, đồng tác giả Vesna Ducic giải thích. Chúng ta cũng có thể tách tín hiệu tổng hàm lượng electron nhỏ ra khỏi các biến thể hàm lượng electron rất lớn liên quan đến sự biến đổi hàng ngày của tầng điện ly.
Nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy tín hiệu lớn hơn hai đến ba lần so với mức nhiễu, đến khoảng 660 đến 670 giây sau khi sóng Rayleigh xuất hiện trên mặt đất. Và bởi vì khoảng sáu vệ tinh GPS có thể nhìn thấy đối với mọi máy thu mặt đất, chúng có thể tính được độ cao của nhiễu loạn tối đa không? khoảng 290 đến 300 km lên.
Các tín hiệu yếu và chỉ được lấy mẫu sau mỗi 30 giây, với độ phân giải tối đa 50 km và tốc độ nhiễu tổng thể cao. Nhưng tín hiệu tầng điện ly quan sát được có một mô hình rõ ràng phù hợp với các mô hình hành vi địa chấn. Hy vọng là kỹ thuật này có thể được cải thiện trong tương lai và được sử dụng để phát hiện động đất ở những khu vực không có máy dò địa chấn, như đại dương sâu hoặc gần các đảo.
Trong khuôn khổ của Galileo, chúng tôi dự định phát triển nghiên cứu này,? Ducic nói. Cúp Galileo sẽ tăng gấp đôi số lượng vệ tinh và do đó sẽ cho phép bản đồ tầng điện ly chính xác hơn nhiều. Chúng ta cũng có thể thấy trước rằng châu Âu sẽ phát triển một mạng lưới các trạm Galileo / GPS dày đặc sẽ tham gia giám sát các hiện tượng này.
Phần mềm ESA, cùng với Bộ nghiên cứu và CNES của Pháp đã quyết định tài trợ cho một dự án tiền vận hành có tên SPECTER - Dịch vụ và sản phẩm cho nội dung điện tử tầng điện ly và chỉ số khúc xạ nhiệt đới trên châu Âu từ GPS - dành cho việc lập bản đồ độ phân giải cao của tầng điện ly. Chúng tôi sẽ tiến hành lập bản đồ trên Châu Âu cũng như California.
Các cuộc điều tra này sẽ hỗ trợ cơ quan vũ trụ DEMETER của CNES (Phát hiện phát xạ điện từ truyền từ các vùng động đất), được đưa ra vào năm 2004 và dành cho việc phát hiện trong tầng điện ly của các tín hiệu địa chấn, núi lửa và nhân tạo. Các hoạt động ESA này sẽ được thực hiện trong khuôn khổ Dự án thí điểm ứng dụng thời tiết không gian.
Dự án thí điểm ứng dụng thời tiết không gian là một sáng kiến ESA đã bắt đầu phát triển một loạt các dịch vụ định hướng ứng dụng dựa trên việc theo dõi thời tiết không gian.
Các dịch vụ được đồng tài trợ đang được phát triển - trong đó dự án này là một - cũng bao gồm dự báo sự gián đoạn đối với hệ thống điện và thông tin liên lạc, và đưa ra cảnh báo sớm cho các nhà khai thác tàu vũ trụ về các mối nguy do các hoạt động thời tiết mặt trời và không gian gia tăng. Hy vọng là một dịch vụ phát hiện địa chấn dựa trên các phép đo tầng điện ly trong tương lai có thể bổ sung các nguồn lực hiện có ở châu Âu và các nơi khác.
Nguồn gốc: ESA News Release
