Eruption aux Tonga et les perturbations ionosphériques // Tonga eruption and ionospheric disturbances

Plusieurs études ont confirmé récemment que l’éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai aux Tonga le 15 janvier 2022 a provoqué des perturbations à grande échelle dans l’atmosphère terrestre.
En utilisant les données enregistrées par plus de 5 000 récepteurs GNSS – Global Navigation Satellite System – situés à travers le monde, les scientifiques de l’Observatoire Haystack du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et leurs collègues de l’Université arctique de Norvège ont observé des preuves d’ondes atmosphériques générées par les éruptions et de leurs empreintes ionosphériques à 300 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, et cela pendant une longue période. Ces ondes atmosphériques ont été actives pendant au moins quatre jours après l’éruption et ont fait trois fois le tour du globe. Les perturbations ionosphériques sont passées au-dessus des États-Unis six fois, d’abord d’ouest en est, puis en sens inverse.
Cette éruption a été extraordinairement puissante et a libéré une énergie équivalente à 1 000 bombes atomiques de Hiroshima. Les scientifiques savent que les éruptions volcaniques te type explosif et les séismes peuvent déclencher une série d’ondes influant sur la pression atmosphérique, y compris des ondes acoustiques, qui peuvent perturber la haute atmosphère à plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de l’épicentre. Au-dessus de l’océan, ces ondes peuvent déclencher des vagues de tsunami, et donc des perturbations dans la haute atmosphère. L’impact de l’éruption aux Tonga a surpris les scientifiques, notamment par son étendue géographique et sa durée de plusieurs jours. L’étude de ces ondes a permis de nouvelles découvertes quant à la façon dont les ondes atmosphériques et l’ionosphère sont connectées.
Une nouvelle étude, menée par des chercheurs du MIT Haystack Observatory et de l’Arctic University of Norway, a été publiée le 23 mars 2022 dans la revue Frontiers in Astronomy and Space Sciences. Les auteurs pensent que les perturbations atmosphériques sont un effet des ondes de Lamb ; ces ondes, ainsi appelées d’après le mathématicien Horace Lamb, se déplacent à la vitesse du son sans grande réduction de leur amplitude. Bien qu’elles soient principalement situées près de la surface de la Terre, ces ondes peuvent échanger de l’énergie avec l’ionosphère de manière complexe. La nouvelle étude précise que « la présence dominante des ondes de Lamb a déjà été signalée lors de l’éruption du Krakatau en 1883 et à d’autres occasions. L’étude fournit pour la première fois une preuve substantielle de leurs empreintes de longue durée dans l’ionosphère à l’échelle de la planète. »
Grâce au financement de la National Science Foundation, le Haystack Observatory concentre les observations du réseau GNSS mondial pour étudier quotidiennement des informations importantes depuis 2000. Une forme particulière de météo spatiale, causée par des ondes ionosphériques appelées perturbations ionosphériques itinérantes – Traveling Ionospheric Disturbances (TID) – est souvent favorisée par des processus comprenant des apports soudains d’énergie du soleil, des conditions météorologiques terrestres et des perturbations d’origine humaine.
Selon l’étude, seules les tempêtes solaires intenses sont connues pour produire une propagation de TID dans l’espace pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours. Les éruptions volcaniques et les séismes ne produisent normalement des perturbations ionosphériques que sur des milliers de kilomètres. En détectant ces importantes perturbations ionosphériques induites dans l’espace par les éruptions sur de très longues distances, les chercheurs ont découvert non seulement la génération d’ondes de Lamb et leur propagation globale sur plusieurs jours, mais aussi un nouveau processus physique fondamental.
Source:Massachusetts Institue of Technology (MIT).

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The recent eruption of Tonga’s Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai volcano on January 15th, 2022 was recently confirmed to have causeded large-scale disturbances in the Earth’s atmosphere.

Using data recorded by more than 5,000 Global Navigation Satellite System (GNSS) ground receivers located around the globe, MIT Haystack Observatory scientists and their international partners from the Arctic University of Norway have observed substantial evidence of eruption-generated atmospheric waves and their ionospheric imprints 300 kilometers above the Earth’s surface over an extended period. These atmospheric waves were active for at least four days after the eruption and circled the globe three times. Ionospheric disturbances passed over the United States six times, at first from west to east and later in reverse.

This volcanic event was extraordinarily powerful, releasing energy equivalent to 1,000 Hiroshima atomic bombs. Scientists have known that explosive volcanic eruptions and earthquakes can trigger a series of atmospheric pressure waves, including acoustic waves, that can perturb the upper atmosphere a few hundred kilometers above the epicenter. When over the ocean, they can trigger tsunami waves, and therefore upper-atmospheric disturbances. Results from this Tonga eruption have surprised this international team, particularly in their geographic extent and multiple-day durations. These discoveries ultimately suggest new ways in which the atmospheric waves and the global ionosphere are connected.

A new study, led by researchers at MIT Haystack Observatory and the Arctic University of Norway, was published on March 23rd, 2022 in the journal Frontiers in Astronomy and Space Sciences. The authors believe the disturbances to be an effect of Lamb waves; these waves, named after mathematician Horace Lamb, travel at the speed of sound without much reduction in amplitude. Although they are located predominantly near Earth’s surface, these waves can exchange energy with the ionosphere through complex pathways. As stated in the new study, “prevailing Lamb waves have been reported before as atmospheric responses to the Krakatoa eruption in 1883 and other occasionss. This study provides substantial first evidence of their long-duration imprints up in the global ionosphere.”

Under National Science Foundation support, Haystack has been assembling global GNSS network observations ton a daily basis since 2000. A particular form of space weather, caused by ionospheric waves called traveling ionospheric disturbances (TIDs), are often excited by processes including sudden energy inputs from the sun, terrestrial weather, and human-made disturbances.

According to the study, only severe solar storms are known to produce TID global propagation in space for several hours, if not for days. Volcanic eruptions and earthquakes normally yield ionospheric disturbances only within thousands of kilometers. By detecting these significant eruption-induced ionospheric disturbances in space over very large distances, the researchers found not only generation of Lamb waves and their global propagation over several days, but also a fundamental new physical process.

Source: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Perturbations ionosphériques itinérantes (TID) après l’éruption des Tonga, mesurées à partir des réseaux GNSS de récepteurs. L’axe horizontal indique le temps ; l’axe vertical indique la distance. Les TID se propagent à la fois vers le nord et vers le sud à partir des Tonga. L’antipode de l’éruption se situe en Afrique du Nord, à environ 21 000 km des Tonga. Les TID ont mis 17 à 18 heures pour atteindre l’antipode et le même temps pour revenir aux Tonga le lendemain. (Source: Hayward Observatory).

Traveling ionospheric disturbances (TID) following the Tonga eruption, as measured from the GNSS networks of receivers. The horizontal axis shows time; the vertical axis shows distance. TIDs are propagating both northward and southward from Tonga. The eruption antipode is in North Africa, approximately 21,000 km away from Tonga. TIDs took 17-18 hours to reach the antipode and the same time to return to Tonga on the next day. (Source: Hayward Observatory).

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