Une équipe internationale a utilisé des observations ionosphériques satellitaires et terrestres pour démontrer qu’une onde de pression atmosphérique déclenchée par des éruptions volcaniques pourrait produire une bulle de plasma équatoriale (EPB) dans l’ionosphère, perturbant gravement les communications par satellite. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Rapports scientifiques.
L’ionosphère est la région de la haute atmosphère terrestre où les molécules et les atomes sont ionisés par le rayonnement solaire, créant des ions chargés positivement. La zone avec la plus forte concentration de particules ionisées est appelée la région F, une zone située entre 150 et 800 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. La région F joue un rôle crucial dans les communications radio longue distance, réfléchissant et réfractant les ondes radio utilisées par les systèmes de suivi par satellite et GPS vers la surface de la Terre.
Ces transmissions importantes peuvent être perturbées par des irrégularités dans la région F. Pendant la journée, l’ionosphère est ionisée par le rayonnement ultraviolet du Soleil, créant un gradient de densité d’électrons dont la densité est la plus élevée près de l’équateur. Cependant, des perturbations, telles que le mouvement du plasma, des champs électriques et des vents neutres, peuvent entraîner la formation d’une irrégularité localisée de densité de plasma accrue. Cette région peut croître et évoluer, créant une structure en forme de bulle appelée EPB. L’EPB peut retarder les ondes radio et dégrader les performances du GPS.
Étant donné que ces gradients de densité peuvent être affectés par les ondes atmosphériques, on a longtemps émis l’hypothèse qu’ils étaient formés par des événements terrestres tels que l’activité volcanique. Pour une équipe internationale dirigée par le professeur adjoint désigné Atsuki Shinbori (il, lui) et le professeur Yoshizumi Miyoshi (il, lui) de l’Institute for Space-Earth Environmental Research (ISEE), Nagoya University, en collaboration avec NICT, The University of Electro -Communications, Université de Tohoku, Université de Kanazawa, Université de Kyoto et ISAS, l’éruption du volcan Tonga leur a offert une occasion parfaite de tester cette théorie.
L’éruption du volcan Tonga a été la plus grande éruption sous-marine de l’histoire. Cela a permis à l’équipe de tester leur théorie en utilisant le satellite Arase pour détecter les occurrences d’EPB, le satellite Himawari-8 pour vérifier l’arrivée initiale des ondes de pression atmosphérique et des observations ionosphériques au sol pour suivre le mouvement de l’ionosphère. Ils ont observé une structure irrégulière de la densité électronique à travers l’équateur qui s’est produite après l’arrivée des ondes de pression générées par l’éruption volcanique.
« Les résultats de cette étude ont montré des EPB générés dans l’ionosphère équatoriale à basse latitude en Asie en réponse à l’arrivée d’ondes de pression causées par des éruptions volcaniques sous-marines au large des Tonga », a déclaré Shinbori.
Le groupe a également fait une découverte surprenante. Pour la première fois, ils ont montré que les fluctuations ionosphériques commencent quelques minutes à quelques heures plus tôt que les ondes de pression atmosphérique impliquées dans la génération des bulles de plasma. Cela pourrait avoir des implications importantes car cela suggère que le modèle de longue date du couplage géosphère-atmosphère-cosmosphère, qui stipule que les perturbations ionosphériques ne se produisent qu’après l’éruption, doit être révisé.
« Notre nouvelle découverte est que les perturbations ionosphériques sont observées plusieurs minutes à plusieurs heures avant l’arrivée initiale des ondes de choc déclenchées par l’éruption volcanique des Tonga », a déclaré Shinbori. « Cela suggère que la propagation des ondes atmosphériques rapides dans l’ionosphère a déclenché les perturbations ionosphériques avant l’arrivée initiale des ondes de choc. Par conséquent, le modèle doit être révisé pour tenir compte de ces ondes atmosphériques rapides dans l’ionosphère. »
Ils ont également constaté que l’EPB s’étendait beaucoup plus loin que prévu par les modèles standard. « Des études antérieures ont montré que la formation de bulles de plasma à des altitudes aussi élevées est un phénomène rare, ce qui en fait un phénomène très inhabituel », a déclaré Shinbori. « Nous avons constaté que l’EPB formé par cette éruption a atteint l’espace même au-delà de l’ionosphère, suggérant que nous devrions prêter attention à la connexion entre l’ionosphère et la cosmosphère lorsque des phénomènes naturels extrêmes, tels que l’événement de Tonga, se produisent. »
« Les résultats de cette recherche sont importants non seulement d’un point de vue scientifique, mais aussi du point de vue de la météo spatiale et de la prévention des catastrophes », a-t-il déclaré. « Dans le cas d’un événement à grande échelle, comme l’éruption du volcan Tonga, les observations ont montré qu’un trou dans l’ionosphère peut se former même dans des conditions considérées comme peu probables dans des circonstances normales. De tels cas n’ont pas été incorporés dans l’espace modèles de prévision météorologique. Cette étude contribuera à la prévention des pannes de diffusion et de communication par satellite associées aux perturbations ionosphériques causées par les tremblements de terre, les éruptions volcaniques et d’autres événements.
Plus d’information:
Génération d’une bulle de plasma équatoriale après l’éruption volcanique des Tonga en 2022, Rapports scientifiques (2023). DOI : 10.1038/s41598-023-33603-3