Os minutos que importam no aviso de tsunami
Quando um grande terremoto submarino gera um tsunami, a janela entre a detecção e a chegada à terra pode ser tão curta quanto quinze minutos para comunidades próximas ao epicentro. Cada minuto adicional de tempo de aviso se traduz diretamente em vidas salvas — pessoas que chegam a terrenos mais altos, que saem da zona de inundação, que sobrevivem ao que de outro modo se torna um saldo de mortes. A NASA tem desenvolvido uma tecnologia que poderia adicionar minutos significativos a essa janela detectando a assinatura atmosférica de um tsunami antes que as redes convencionais de sensores do fundo do mar possam compilar e transmitir seus dados.
A tecnologia é chamada GUARDIAN — Rede de Informações de Desastres em Tempo Real da Atmosfera Superior GNSS e Alerta — e funciona em um princípio que teria parecido improvável até recentemente. Quando um tsunami se propaga através do oceano, ele cria ondas de pressão na atmosfera acima. Essas ondas atmosféricas se propagam para cima assim como horizontalmente, alcançando a ionosfera — a camada eletricamente carregada da atmosfera superior — onde criam perturbações mensuráveis na densidade de elétrons que afetam a propagação de sinais GPS passando através da camada.
Como GUARDIAN detecta a onda invisível
A constelação GPS que permite a navegação na Terra também funciona, no conceito GUARDIAN, como um sensor acidental de tsunami. Cada receptor GPS na Terra recebe continuamente sinais que passam através da ionosfera. Uma onda de pressão atmosférica gerada por tsunami distorce levemente mas mensuravelmente a ionosfera, introduzindo anomalias nos dados de propagação de sinal GPS que algoritmos treinados podem detectar e distinguir da variabilidade ionosférica de fundo.
Como os sinais GPS são recebidos simultaneamente por milhares de estações terrestres e bilhões de dispositivos de consumidor em todo o mundo, o sistema GUARDIAN pode agregar dados de perturbação ionosférica de uma rede de sensores densa e distribuída globalmente sem implantar nenhum hardware dedicado. O desafio do processamento é distinguir os sinais genuínos de tsunami do ruído de fundo substancial nos dados ionosféricos — um problema que pesquisadores da NASA abordaram através de modelos de aprendizado de máquina treinados em eventos históricos de tsunami e suas assinaturas ionosféricas características.
Uma nova visualização de dados lançada pela NASA esta semana demonstra a capacidade de detecção do GUARDIAN usando a erupção vulcânica de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai em 2022 e o tsunami associado como um caso de teste. A visualização mostra como a onda de pressão atmosférica daquele evento se propagou para cima através da atmosfera e criou perturbações ionosféricas detectáveis que se espalharam diante da onda física do tsunami no oceano abaixo.
Minutos de tempo de aviso adicional
No evento de Hunga Tonga, a detecção ionosférica do GUARDIAN teria fornecido aproximadamente 10 a 15 minutos de tempo de aviso adicional em comparação com os sensores de pressão do fundo do mar da rede DART operada pela NOAA. Para comunidades no Havaí e ao longo da costa oeste dos EUA, o DART fornece os principais dados de aviso de tsunami. Para comunidades mais próximas à fonte — incluindo nações insulares do Pacífico — a combinação de tempos de propagação curtos e limitações de densidade da rede DART significa que qualquer aviso adicional é particularmente valioso.
O tempo de aviso adicional vem da física da propagação de ondas: ondas de pressão acústica e atmosférica da fonte do tsunami viajam à velocidade do som na atmosfera, que é mais rápida que a velocidade da onda do tsunami no oceano. O GUARDIAN captura a assinatura atmosférica, que avança mais rapidamente, em vez de esperar que a onda física chegue a um sensor de pressão do fundo do mar.
A NASA está trabalhando atualmente com a NOAA, que opera o sistema oficial de aviso de tsunami dos EUA, em protocolos de integração que incorporariam dados do GUARDIAN em alertas de aviso operacionais. As duas agências estabeleceram um grupo de trabalho conjunto que está avaliando como as detecções do GUARDIAN devem ser ponderadas junto com dados de sensores do fundo do mar tradicional no processo de decisão de aviso.
Expandindo a capacidade de sensoriamento
O princípio de sensoriamento ionosférico que o GUARDIAN aplica à detecção de tsunami tem aplicações potenciais em outros domínios de perigos geofísicos. Erupções vulcânicas, grandes explosões e grandes terremotos geram ondas de pressão atmosférica com assinaturas ionosféricas características. A mesma infraestrutura GPS global que permite a detecção de tsunami do GUARDIAN pode ser aplicada a esses outros perigos com desenvolvimento apropriado de algoritmos.
A NASA também está explorando se a sensibilidade do sensoriamento ionosférico baseado em GPS pode ser aprimorada implantando uma rede de estações de referência GPS dedicadas em regiões atualmente mal servidas pela densidade de sensores da rede de receptores terrestres existente. A região das ilhas do Pacífico, onde muitas comunidades em risco estão localizadas, tem cobertura de estações terrestres GPS relativamente dispersa em comparação com os EUA continentais e Europa, limitando a resolução do monitoramento ionosférico na área de maior risco de tsunami.
O time do GUARDIAN publicou sua metodologia de detecção e está disponibilizando as ferramentas de software subjacentes para a comunidade científica internacional, com o objetivo de possibilitar esforços de desenvolvimento paralelo em países com programas espaciais independentes e redes GPS terrestres. O Japão, que tem a rede de estações terrestres GPS mais densa do mundo e enfrenta alguns dos maiores riscos de tsunami do mundo, já começou a avaliar a metodologia do GUARDIAN através de seus próprios programas de pesquisa nacional.
Parte da missão mais ampla de monitoramento de desastres da NASA
O GUARDIAN representa um de vários programas da NASA que aproveitam a infraestrutura espacial existente para aplicações de monitoramento de desastres terrestres e avisos. O programa ARIA da NASA usa dados de radar de abertura sintética de satélites para mapear danos de terremotos em tempo quase real, enquanto a missão de satélite GRACE-FO monitora o esgotamento de água subterrânea e foi aplicada a aplicações de alerta antecipado de seca. O fio condutor nesses programas é a reutilização de infraestrutura científica baseada em espaço para benefício social prático — um mandato que a NASA enfatizou cada vez mais como uma parte central de sua missão ao lado da ciência básica e exploração humana.
Este artigo é baseado em reportagens da NASA. Leia o artigo original.
Originally published on nasa.gov