Naarmate technologie meer en meer geïntegreerd raakt in ons dagelijks leven, wordt het steeds belangrijker om het ruimteweer en de effecten ervan op technologie te begrijpen.
Als je ‘ruimteweer’ hoort, denken ze meestal aan enorme explosies op de zon – massale uitstoten van coronale jets die naar de aarde razen en prachtige aurora-vertoningen creëren.
Niet al het ruimteweer begint echter met de zon.
De vulkaanuitbarsting in Tonga in januari 2022 was zo groot dat er golven in de bovenste lagen van de atmosfeer ontstonden die hun eigen vorm van ruimteweer waren.
Het was een van de grootste uitbarstingen in de moderne geschiedenis en trof GPS in heel Australië en Zuidoost-Azië. Zoals we beschrijven in onze nieuwe studie in het tijdschrift Ruimteweerde explosie veroorzaakte een super “plasmabel” boven Noord-Australië die uren aanhield.
Een echt wereldwijd positioneringssysteem
Hoewel de meeste mensen een GPS-ontvanger (Global Positioning System) in hun apparaten (zoals navigatiesystemen en smartphones) hebben, weten maar weinigen hoe GPS echt werkt.
In wezen luisteren onze apparaten naar radiosignalen die worden uitgezonden door satellieten in een baan rond de aarde. Aan de hand van deze signalen berekenen ze hun positie ten opzichte van de satellieten, zodat we ons kunnen oriënteren en de dichtstbijzijnde kroeg of café kunnen vinden.
De radiosignalen die door onze apparaten worden ontvangen, worden beïnvloed door de atmosfeer van de aarde (met name de laag die de ionosfeer wordt genoemd), wat de volgnauwkeurigheid verslechtert. Gangbare apparaten zijn alleen nauwkeurig binnen tientallen meters.
Nieuwe en verbeterde nauwkeurige satellietpositioneringssystemen die in de mijnbouw, landbouw en bouw worden gebruikt, kunnen echter tot op tien centimeter nauwkeurig zijn. Het enige probleem is dat deze systemen tijd nodig hebben om op hun plaats te vergrendelen en dit kan dertig minuten of langer duren.
Deze nauwkeurige satellietpositionering werkt door nauwkeurig de fouten te modelleren die worden veroorzaakt door de ionosfeer van de aarde. Maar wanneer de ionosfeer wordt verstoord, wordt het ingewikkeld en moeilijk te modelleren.
Wanneer er bijvoorbeeld een geomagnetische storm plaatsvindt (verstoring in de zonnewind die het magnetisch veld van de aarde beïnvloedt), wordt de ionosfeer turbulent en worden radiogolven die er doorheen reizen verstrooid – zoals zichtbaar licht dat wordt gebogen en verstrooid wanneer men neerkijkt in een onstabiel meer. voorwaarden.
Vulkanische storing
Recente studies hebben aangetoond dat de uitbarsting van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai-vulkaan enkele dagen onstabiele omstandigheden in de ionosfeer veroorzaakte. De grootte van de golven die het in de ionosfeer creëerde, was vergelijkbaar met die van geomagnetische stormen.
Hoewel deze golven gedurende dagen na de explosie GPS-gegevens over de hele wereld beïnvloedden, was hun impact op de positionering eerder beperkt in vergelijking met een ander type storing in de ionosfeer – een “plasma-superbel” die zich in de nasleep van de explosie vormde.
De ionosfeer is een laag van de atmosfeer van de aarde op een hoogte van ongeveer 80-800 kilometer (50-500 mijl). Het bevat gas met veel elektrisch geladen deeltjes, waardoor het een “wezen” is.
Equatoriale plasmabellen zijn op hun beurt plasmaverstoringen in de ionosfeer die van nature ‘s nachts voorkomen in gebieden met een lage breedtegraad.
Dergelijke plasmabellen komen regelmatig voor. Ze zijn gemaakt vanwege een fenomeen dat “gegeneraliseerde Rayleigh-Taylor-instabiliteit” wordt genoemd. Het is vergelijkbaar met wat er gebeurt als een zware vloeistof bovenop een minder zware vloeistof zit en druppeltjes van die lichtere vloeistof in de vorm van “bellen” naar de zware vloeistof stijgen (zie onderstaande video).
frameborder=”0″ allow=”versnellingsmeter; automatisch afspelen; Draft-record; versleutelde media. gyroscoop; foto in foto; web-share” allowfullscreen>
Als het echter gaat om verstoringen in de ionosfeer, wordt het plasma ook gecontroleerd door magnetische en elektrische velden.
Terwijl ze opstijgen, vormen de plasmabellen vreemde structuren die lijken op cactussen of omgekeerde boomwortels. Door het magnetische veld van de aarde verdampen deze structuren terwijl de luchtbel boven de evenaar groeit.
Het resultaat is dat bellen op grotere hoogte ook hogere breedtegraden bereiken. Meestal bereiken plasmabellen een paar honderd kilometer boven de evenaar en bereiken breedtegraden tussen 15 en 20 graden noord en zuid.
Een zeldzame luchtbel boven Australië
Wetenschappers zagen kort na de uitbarsting van Tonga een superbubbel van plasma boven Zuidoost-Azië. Er wordt geschat dat het qua grootte vergelijkbaar is met de eerder genoemde zeldzame superbubbels.
Het magnetische veld van de aarde bracht deze storing naar het zuiden, waar hij een paar uur bleef hangen boven Townsville in het noordoosten van Australië.
Tot op heden is dit de meest zuidelijke plasmabel die boven Australië is waargenomen. Hoewel zeer zeldzaam, is bekend dat dergelijke superbellen in Noord-Australië zijn voorgekomen, maar voorafgaand aan deze gebeurtenis niet direct waren waargenomen.
De ontwikkeling van GPS-stations in Noord-Australië heeft dit soort waarnemingen pas sinds kort mogelijk gemaakt.
Het is duidelijk dat de golven van de vulkaanuitbarsting de winden in de bovenste atmosfeer verstoorden, de plasmastroom in de ionosfeer veranderden en de plasma-superbel veroorzaakten.
Uit onze studie bleek dat de luchtbel aanzienlijke vertragingen veroorzaakte bij het gebruik van nauwkeurige GPS in Noord-Australië en Zuidoost-Azië. In sommige gevallen duurde het meer dan vijf uur langer om de GPS-positie te vergrendelen vanwege de plasmabel.
Hoewel we veel van de ionosfeer begrijpen, is ons vermogen om de verstoringen ervan te voorspellen nog steeds beperkt. Het hebben van meer GPS-stations is niet alleen gunstig voor het verbeteren van positionering en navigatie, maar vult ook hiaten in ionosferische monitoring.
De uitbarsting van Tonga was verre van een typische “ruimteweer” -gebeurtenis veroorzaakt door de zon. Maar de impact ervan op de hogere atmosfeer en GPS onderstreept hoe belangrijk het is om te begrijpen hoe de omgeving de technologieën waarop we vertrouwen, beïnvloedt.
Brett Carter, universitair hoofddocent, RMIT University. Rezy Pradipta, senior onderzoeker, Boston College, en Suelynn Choy, professor
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.
