A tongai vulkánkitörés és az ionoszféra

Január 15-én a hatalmas vízalatti vulkánkitörés hullámai a Csendes-óceántól egészen a Föld légkörének legfelső részéig értek.

Mint emlékezetes, a Hunga Tonga és Hunga Ha'apai szigeténél történt kitörés szökőárat indított el, amely Japánig valamint Észak- és Dél-Amerikáig is eljutott. A tongai szigeteket hamuval borította be, a légkörben pedig az egész bolygón körbeért a nyomásváltozás – Magyarországon is detektálták. A kitörést meteorológiai műholdakkal követték, következményeit egyéb földmegfigyelő műholdak segítségével vizsgálták.

Az amerikai GOES-West geostacionárius meteorológiai műhold képe a január 15-i csendes-óceáni vulkánkitörésről. (Kép: NASA Worldview, NOAA / NESDIS / STAR)

Az ionoszféra a Föld légkörének kb. 80–90 km feletti magasságban kezdődő, igen ritka rétege. Amint a neve is utal rá, itt elektromosan töltött részecskék – a Nap sugárzása által ionizált atomok és molekulák, valamint szabad elektronok – uralkodnak. Az ionoszféra befolyásolja a benne terjedő elektromágneses sugárzás sebességét, így például a globális navigációs műholdrendszerek (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) rádiójeleit a frekvenciától függő mértékben késlelteti. Ezt a hatást egyrészt figyelembe kell venni, ha a vevőberendezés pontos helyének meghatározása a cél. Másrészt viszont arra is fel lehet használni, hogy az ionoszférában végbemenő folyamatokat kutassák. Ehhez jól ismert pontokon elhelyezett GNSS vevőkre és ideális esetben sűrű mintavételezésre, a hálózatban akár 1 másodperces időközönként gyűjtött adatokra van szükség. Épp ezt csinálja a NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) keretében működtetett rendszer, a GDGPS (Global Differential GPS System)

Amikor a tongai vulkán kitört, 4 és 18 megatonna közötti TNT-nek megfelelő erősségű robbanást produkált. A légkörben keletkezett akusztikus lökéshullám felfelé elért még az ionoszféráig is, és erről a GDGPS mérései látványos bizonyítékkal szolgáltak, méghozzá valós időben.

A grafikon vízszintes tengelyén az idő (óra és perc világidőben, január 15-én), a függőlegesen a kitörés helyszínétől mért sugárirányú távolság (km) látható. A függőleges piros vonal jelzi a kitörés időpontját. A színes görbék az elektronsűrűség profilját mutatják, jól kivehető hullámzással. Az amplitúdók érzékeltetésére: a függőleges fekete vonás a kép közepén 3 TECU (teljes elektrontartalom egység, 1 TECU = 10¹⁶ szabad elektron/m²) oszlopsűrűséget mutat. Az eltérő színek más-más műholdrendszer (az amerikai GPS, az orosz GLONASSZ, az európai Galileo és a kínai Beidou) űreszközere végzett mérésekből adódtak. A ferde szaggatott és pontozott vonalak a hatás különféle terjedési sebességeit szemléltetik, a jobb alsó sarokban látható jelmagyarázat szerint. (Kép: NASA / JPL-Caltech / GDGPS)

A GNSS adatok fontos szerepet játszanak a szökőárak korai előrejelzésében, ami potenciálisan életmentő tevékenység. Nem csak az ionoszférikus zavarokra kell gondolni, hanem elsősorban a földrengések nyomán keletkező felszínelmozdulásokra, amelyeket ugyancsak ki lehet mutatni egy megfelelő állomáshálózat segítségével, nagy időbeli sűrűséggel végzet mérésekkel. Az adatokon alapuló modellszámításokból adódik a szökőárveszély mértéke. A NASA-nál is folyik ilyen célú kutatási program.

Kapcsolódó cikkek:
Vulkánkitörés élőben
Kén-dioxid Ausztrália fölött
A nepáli földrengés hatása az ionoszférára
Így „látta” a napfogyatkozást a GPS
Rádiócsillagászat és műholdas navigáció

Kapcsolódó linkek:
A tongai kitörés hatása elért az ionoszféráig (NASA)