Заранее находить цунами научились по отзвукам в атмосфере

Цунами ужасны. В Пхукете, Таиланд, знаки эвакуации теперь указывают на безопасное место, куда после подводного землетрясения 26 декабря 2004 года не добралась чудовищная волна. Тогда погибло не менее 225 тысяч человек. Новые технологии помогают обнаруживать природные опасности по акустическим и гравитационным колебаниям, которые долетают до космоса.

Когда дело доходит до заблаговременного предупреждения, важна каждая секунда. Учёные из Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА тестируют подход к обнаружению в верхних слоях атмосферы эха от смертоносных волн океана. Система мониторинга GUARDIAN использует сигналы GPS для поиска волн в Тихоокеанском вулканическом огненном кольце, как называют беспокойную область по периметру Тихого океана. Долгосрочная цель проекта — улучшить системы раннего предупреждения об опасности.

Экспериментальную систему мониторинга назвали GUARDIAN, что можно перевести как «Страж», хотя это аббревиатура от GNSS Upper Atmosphere Information and Alert Network, то есть Сеть GNSS информации и оповещения о верхних слоях атмосферы. GNSS — это совокупность глобальных навигационных спутниковых систем. То есть GUARDIAN использует данные GPS и аналогичных источников. Их радиосигналы передаются на сотни научных наземных станций по всему миру, и эти данные обрабатываются глобальной дифференциальной сетью GPS (GDGPS) JPL, которая повышает точность геолокации примерно до 10 сантиметров.

Новая система просеивает сигналы спутников в поисках начала цунами. Как это работает? Во время цунами многие квадратные километры океана могут вздыматься и опускаться почти в унисон, тревожа воздушные массы над собой. Вытесненный воздух расходится во всех направлениях в виде низкочастотных звуковых и гравитационных волн. В течение нескольких минут эти вибрации достигают самого верхнего слоя атмосферы, нагретой Солнцем электрически заряженной ионосферы. Столкновение волн давления с заряженными частицами может незначительно искажать сигналы от близлежащих навигационных спутников.

Например, на видео к публикации с помощью анимации показано, как волны энергии от землетрясения Тохоку-Оки и цунами 11 марта 2011 года пронзили ионосферу Земли над Японией, нарушив плотность электронов. Возмущения отслеживали по сигналам GPS между спутниками и наземными приёмниками.

В то время как навигационные инструменты обычно корректируют ионосферные возмущения, учёные могут использовать отклонения в качестве спасительного сигнала тревоги, пояснил Лео Мартир, учёный из JPL, разрабатывающий GUARDIAN. Вместо того чтобы исправлять это как ошибку, участники проекта используют данные для поиска опасных природных явлений.

Технология всё ещё развивается, сказал Мартир. Он в качестве сопредседателя участвует в целевой группе Международного комитета ООН по GNSS. Группа изучает использование навигационных спутниковых систем для улучшения стратегий раннего предупреждения. Так что теперь эксперты, обученные распознавать признаки цунами, должны интерпретировать данные GUARDIAN с оперативностью, близкой к реальному времени. Они уже создали один из самых быстрых инструментов мониторинга: в течение 10 минут он позволяет получить начальные отголоски цунами, когда они достигли ионосферы. В случае катаклизма «стражи» смогут предупредить о гигантской волне заблаговременно, примерно за час, в зависимости от расстояния между зарождением цунами и побережьем.


— Сиддхарт Кришнамурти, один из разработчиков JPL.

Учёные из программы стихийных бедствий НАСА используют наземные приборы на станциях GNSS для более быстрого обнаружения цунами. Джеральд Бауден, научный сотрудник из штаб-квартиры космического агентства в Вашингтоне, рассказал, что во время сильного землетрясения в океане специалисты хотят быстро узнать магнитуду и характеристики толчков, чтобы определить вероятность цунами. И добавил, что сегодня есть два способа узнать заблаговременно о приближении длинных волн — буи NOAA DART и наблюдения GNSS за ионосферой. Количество буёв ограничено, и они очень дороги, поэтому GUARDIAN должна заполнить брешь.

История показывает, что 78% из более чем 750 подтверждённых цунами с 1900-го по 2015 годы произошли именно в геологически активном Тихоокеанском вулканическом огненном кольце. GUARDIAN уже контролирует более половины этой потенциально опасной области.

Команда проекта разрабатывает веб-сайт, который позволит экспертам видеть состояние ионосферы практически сражу же, изучая отдельные каналы спутниковых станций в сети GNSS. Пользователи получат доступ к данным примерно с 90 станций по всему Тихоокеанскому огненному кольцу и обнаружат интересующие сигналы в течение нескольких минут после начала опасного события. Учёные стремятся расширить охват и усовершенствовать систему настолько, чтобы она могла автоматически отмечать цунами и другие опасности, включая извержения вулканов и землетрясения.