Uma equipe de cientistas da Universidade Sapienza em Roma, Itália, e o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, desenvolveu uma nova abordagem para auxiliar no desenvolvimento contínuo de sistemas de detecção de tsunami oportunos, com base em medições de como os tsunamis perturbam uma parte da atmosfera da Terra.

A nova abordagem, chamada Abordagem Variométrica para Observação da Ionosfera em Tempo Real, ou VARION, usa observações de GPS e outros sistemas globais de navegação por satélite (GNSS) para detectar, em tempo real, distúrbios na ionosfera da Terra associados a um tsunami. A ionosfera é a camada da atmosfera da Terra localizada a cerca de 50 a 621 milhas (80 a 1, 000 quilômetros) acima da superfície da Terra. É ionizado por radiação solar e cósmica e é mais conhecido pela aurora boreal (luzes do norte) e aurora australis (luzes do sul).

Quando um tsunami se forma e atravessa o oceano, as cristas e vales de suas ondas comprimem e estendem o ar acima deles, criando movimentos na atmosfera conhecidos como ondas de gravidade interna. As ondulações das ondas de gravidade interna são amplificadas à medida que viajam para cima em uma atmosfera que se torna mais fina com a altitude. Quando as ondas atingem uma altitude entre 186 a 217 milhas (300 a 350 quilômetros), eles causam mudanças detectáveis ​​na densidade dos elétrons na ionosfera. Essas mudanças podem ser medidas quando os sinais GNSS, como os do GPS, viajar através desses distúrbios induzidos pelo tsunami.

VARION foi projetado sob a liderança de Mattia Crespi da Sapienza. O principal autor do algoritmo é Giorgio Savastano, um estudante de doutorado em geodésia e geomática na Sapienza e um funcionário afiliado no JPL, que conduziu o desenvolvimento e validação do algoritmo. O trabalho foi descrito recentemente em um estudo financiado pela Sapienza e pela NASA publicado na revista Nature's Relatórios Científicos Diário.

Em 2015, Savastano recebeu uma bolsa do Consiglio Nazionale degli Ingegneri (CNI) e da Fundação de Cientistas e Acadêmicos Italianos na América do Norte (ISSNAP) para um estágio de dois meses no JPL, onde ingressou no Grupo de Sensoriamento Remoto Ionosférico e Atmosférico sob a supervisão de Attila Komjathy e Anthony Mannucci.

"VARION é uma nova contribuição para futuros sistemas operacionais integrados de alerta precoce de tsunami, "disse Savastano." No momento, estamos incorporando o algoritmo ao Sistema GPS Diferencial Global do JPL, que fornecerá acesso em tempo real aos dados de cerca de 230 estações GNSS em todo o mundo que coletam dados de várias constelações de satélites, incluindo GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou. "Uma vez que tsunamis significativos são infrequentes, exercitar VARION usando uma variedade de dados em tempo real ajudará a validar o algoritmo e avançar na pesquisa sobre esta abordagem de detecção de tsunami.

Savastano diz que o VARION pode ser incluído em estudos de projeto para sistemas de detecção de tsunami oportunos que usam dados de uma variedade de fontes, incluindo sismômetros, bóias, Receptores GNSS e sensores de pressão no fundo do oceano.

Assim que um terremoto é detectado em um local específico, um sistema poderia começar a processar medições em tempo real da distribuição de elétrons na ionosfera a partir de várias estações terrestres localizadas perto do epicentro do terremoto, em busca de mudanças que possam estar correlacionadas com a formação esperada de um tsunami. As medições seriam coletadas e processadas por uma instalação de processamento central para fornecer avaliações de risco e mapas para eventos sísmicos individuais. Espera-se que o uso de vários tipos de dados independentes contribua para a robustez do sistema.

"Esperamos mostrar que é viável usar medições ionosféricas para detectar tsunamis antes que impactem áreas povoadas, "disse Komjathy." Esta abordagem irá adicionar informações adicionais aos sistemas existentes, complementando outras abordagens. Outros perigos também podem ser direcionados usando observações ionosféricas em tempo real, incluindo erupções vulcânicas ou meteoritos. "

Observando a ionosfera, e como o clima terrestre abaixo faz interface com o espaço acima, continua a ser um foco importante para a NASA. Duas novas missões - o Ionospheric Connection Explorer e as observações em escala global do membro e do disco - estão planejadas para serem lançadas no início de 2018 para observar a ionosfera, que deve, em última análise, melhorar uma ampla gama de modelos usados ​​para proteger os humanos no solo e os satélites no espaço.