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L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a perturbé l’ionosphère // The Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption disturbed the ionosphere

L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, le volcan sous-marin des Tonga, en janvier 2022, est exceptionnelle et représente un trésor pour les scientifiques qui ne cessent de faire de nouvelles découvertes.Ils ont déjà publié une analyse qui montre que cette éruption a généré le plus haut panache volcanique de tous les temps (57 km), avec pénétration de la stratopause, la limite supérieure de la stratosphère.
Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs a découvert que l’éruption a perturbé les signaux satellites à grande échelle. Les scientifiques ont utilisé des observations ionosphériques satellitaires et terrestres pour montrer qu’une onde de pression atmosphérique déclenchée par une éruption volcanique est capable de produire une bulle de plasma équatoriale (EPB) dans l’ionosphère, avec de fortes perturbations causées aux communications par satellite. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue Scientific Reports.
L’ionosphère s’étend d’une altitude d’environ 80 à 1 000 km. C’est la région de la haute atmosphère terrestre où les molécules et les atomes sont ionisés par le rayonnement solaire, ce qui donne naissance à des ions chargés positivement. La zone avec la plus forte concentration de particules ionisées, la région F – 150 à 800 km de la surface de la Terre – joue un rôle crucial dans les communications radio longue distance car elle réfléchit et réfracte les ondes radio utilisées par les systèmes de suivi par satellite et GPS vers la surface de la Terre. Cependant, des trous peuvent se former dans cette région F, créant une structure en forme de bulle appelée EPB (Equatorial Plasma Bubble) qui peut retarder les ondes radio. et dégrader les performances du GPS.
L’équipe de chercheurs, qui comprenait principalement des scientifiques japonais collaborant avec diverses institutions, a utilisé le satellite Arase pour détecter les survenues d’EPB, le satellite Himawari-8 pour vérifier l’arrivée initiale des ondes de pression atmosphérique, et des observations ionosphériques au sol pour suivre les mouvements de l’ionosphère.
Ces scientifiques ont observé une structure irrégulière de la densité électronique au niveau de l’équateur après l’arrivée des ondes de pression générées par l’éruption volcanique. Ils ont 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 signifie que le modèle du couplage géosphère-atmosphère-cosmosphère qui existait jusqu’à présent et qui stipulait que les perturbations ionosphériques ne se produisent qu’après l’éruption, doit être révisé.
De plus, les chercheurs ont constaté que l’EPB s’étend beaucoup plus loin que prévu par les modèles classiques. Cette découverte montre qu’il y a intérêt à prêter attention au lien entre l’ionosphère et la cosmosphère lorsque des phénomènes naturels extrêmes, tels que l’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, se produisent.
Les résultats de ces recherches présentent un intérêt du point de vue scientifique, mais aussi du point de vue de la météo spatiale et de la prévention des catastrophes.
Source : The Watchers, un excellent site qui publie des articles et des informations en relation avec la science et l’environnement.

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The eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, the underwater volcano in Tonga, in January 2022 was exceptional and a treasure for scientsists who keep making new discoveries. For instance, they have already an analysis that showed this eruption created the highest volcanic cloud ever recorded. For the first time, a volcanic plume has been seen to penetrate the stratopause, the upper limit of the stratosphere.

This time, an international team found that the eruption disrupted satellite signals. The researchers used both satellite and ground-based ionospheric observations to show that an air pressure wave triggered by the volcanic eruptions could produce an equatorial plasma bubble (EPB) in the ionosphere, severely disrupting satellite-based communications. The findings were published in the journal Scientific Reports.

The ionosphere is the region of the Earth’s upper atmosphere where molecules and atoms are ionized by solar radiation, creating positively charged ions. The area with the highest concentration of ionized particles, the F-region, plays a crucial role in long-distance radio communication, reflecting and refracting radio waves used by satellite and GPS tracking systems back to the Earth’s surface. However, irregularities in the F-region, such as the movement of plasma, electric fields, and neutral winds, can cause the formation of a localized irregularity of enhanced plasma density, creating a bubble-like structure called an EPB that can delay radio waves and degrade the performance of GPS.

The team, that mainly included Japanese scientists in collaboration with various institutions, used the Arase satellite to detect EPB occurrences, the Himawari-8 satellite to check the initial arrival of air pressure waves, and ground-based ionospheric observations to track the motion of the ionosphere.

They observed an irregular structure of the electron density across the equator that occurred after the arrival of pressure waves generated by the volcanic eruption.

The group also made a surprising discovery. For the first time, they showed that ionospheric fluctuations start a few minutes to a few hours earlier than the atmospheric pressure waves involved in the generation of plasma bubbles. This suggests that the long-held model of geosphere-atmosphere-cosmosphere coupling, which states that ionospheric disturbances only happen after the eruption, needs revision.

Furthermore, the researchers found that the EPB extended much further than predicted by the standard models. This discovery suggests that we should pay attention to the connection between the ionosphere and the cosmosphere when extreme natural phenomena, such as the Tonga event, occur.

The results of this research are significant not only from a scientific point of view but also from the point of view of space weather and disaster prevention.

Source : The Watchers, an excellent website that releases articles and information linked to science and the environment.

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, l’éruption de tous les superlatifs (Source: NASA)

De la Geldingadalir (Islande) à la planète Mars // From Geldingadalir (Iceland) to Mars

Pour les scientifiques, l’Islande est un excellent terrain d’entraînement dans le domaine de la conquête spatiale. Aujourd’hui, ce pays sert de banc d’essai pour expérimenter des drones qui pourraient un jour être utilisés dans des missions martiennes.
Dans le cadre d’un tel projet, les scientifiques équipent les drones d’une gamme de dispositifs allant du Lidar capable de déterminer l’épaisseur et le volume de lave, aux caméras d’imagerie thermique et aux foreuses capables de prélever des échantillons. Les paysages islandais sont très semblables à ceux de Mars, ce qui en fait un lieu idéal pour tester différents types de technologies de drones.
Voici une vidéo tournée à Geldingadalir (Islande) dans laquelle le volcanologue Christopher Hamilton (Université d’Arizona) explique toutes les possibilités offertes par les drones :.

https://www.bbc.com/news/av/technology-58104819

Le 19 mars 2021, une éruption a commencé sur la péninsule de Reykjanes. C’était la première fois en 800 ans qu’un tel événement se produisait dans cette partie de l’Islande. À seulement 35 kilomètres de Reykjavik, la facilité d’accès a permis aux scientifiques de collecter des données qui sont souvent impossibles à rassembler lors d’éruptions plus dangereuses ou plus difficiles d’accès.
Christopher Hamilton est professeur de sciences planétaires à l’Université de l’Arizona. Il est également professeur adjoint à l’Université d’Islande. Il se trouvait en Islande lorsque le volcan est entré en éruption. Contrairement à certains autres scientifiques présents dans la Geldingadalir qui essayaient de percer les secrets de la Terre, Hamilton avait en tête des idées allant bien au-delà de notre planète.
Dans la vidéo ci-dessus, il explique vouloir se servir de cette éruption comme d’une fenêtre pour étudier d’autres planètes. Le paysage islandais relativement aride ressemble beaucoup à l’environnement martien
Hamilton a reçu une subvention de trois millions de dollars de la NASA pour mettre au point un drone capable de voler sur Mars. Il s’appelle RAVEN, acronyme de Rover Aerial Vehicle Exploration Network. (voir ma note du 19 janvier 2021 à propos de ce drone). Hamilton explique que les instruments utilisés dans l’espace doivent être testés dans différents environnements. L’Islande constitue un substitut parfait pour le paysage volcanique accidenté de la planète Mars. Avec ses étendues de glace stériles, ses immenses champs de lave et son activité volcanique constante, l’Islande est l’environnement parfait pour tester le projet de drone.
Dans le cadre de la mission Mars 2020 de la NASA, l’hélicoptère Ingenuity a permis de tester avec succès au mois d’avril 2021 un vol motorisé sur Mars. Cet hélicoptère était équipé de deux caméras, une pour la navigation et l’autre pour les images. Il a accompagné le rover (robot d’exploration) Perseverance de sorte que les deux véhicules ont prouvé que les hélicoptères et les rovers peuvent fonctionner ensemble sur Mars. Hamilton dit qu’il s’agit d’une technologie véritablement transformatrice ; la mission islandaise permettra de tester la prochaine génération de systèmes d’exploration spatiale.
Le drone RAVEN sera utilisé avec un rover et volera devant lui et en envoyant des données pour générer des cartes 3D. Il explorera des zones auparavant inaccessibles sur Mars et disposera d’une griffe capable de récupérer des échantillons de roches martiennes et de les apporter au rover.
Hamilton est convaincu que « le drone a révolutionné notre façon de travailler sur le terrain. Si on pouvait envoyer un drone équipé d’une griffe ou une perceuse pour pouvoir acquérir un échantillon et le ramener à un rover, cela fournirait un paradigme radicalement nouveau pour explorer les parties vraiment accidentées et encore inaccessibles de Mars. »

RAVEN est un projet prévu pour s’étaler sur trois années. L’équipe de Christopher Hamilton espère tester un prototype d’ici 2022, et fournir des recommandations technologiques à la NASA d’ici 2023.
Source : BBC News.

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Scientists are using Iceland as a testbed for deploying drone technology that they hope may one day feature on missions exploring Mars.

The project equips drones with a range of devices from Lidar which can help inform the thickness and volume of lava, to thermal imaging cameras and drills capable of taking core samples. The characteristics of Iceland’s environment are very similar to Mars making it an ideal test place for different types of drone technology.

Here is a video shot in Geldingadalir (Iceland) in which volcanologist Christopher Hamilton (University of Arizona) explains all the possibilities offered by the drones:.

https://www.bbc.com/news/av/technology-58104819

On March 19th, 2021, a new eruption started on the Reykjanes Peninsula. It was the first time in 800 years a volcanic eruption had occurred on that part of the country. Only 35 kilometres from Reykjavik, the ease of access provided an opportunity for scientists to collect data that is often lost at more hazardous or remote volcanic eruptions.

Christopher Hamilton is an associate professor of planetary sciences at the University of Arizona. He is also an adjunct professor at the University of Iceland. He happened to be in Iceland when the volcano erupted. Unlike some of the other scientists in Geldingadalir trying to unlock the secrets of the Earth, Hamilton’s interests went far beyond this planet.

In the video, he says that he wanted to be able to use this eruption as a window to study other planets. The landscape in Iceland, with relatively barren vegetation, is very similar to the Martian environment

Hamilton received a three-million-dollar grant from NASA to develop a drone that will fly on Mars. It is called RAVEN, which stands for Rover Aerial Vehicle Exploration Network. (see my post of January 19th, 2021 about this drone). Hamilton explained that instruments used in space need to be tested in different environments. Iceland is the perfect substitute for the rugged volcanic landscape found on Mars. With its barren icefields, huge lava fields, and constant volcanic activity, Iceland is the perfect test environment for the drone project.

Part of NASA’s Mars 2020 Mission, the Ingenuity helicopter successfully tested powered flight on Mars for the first time in April. This helicopter was equipped with two cameras, one for navigation and one for imaging. It accompanied the rover Perseverance, and together the crafts tested how helicopters and rovers can work together on Mars. Hamilton says this is a truly transformative technology; what they are testing in Iceland is the next generation of explorationsystems.

The RAVEN drone will work with a rover by flying ahead of it and sending back data to generate 3D maps. It will explore previously inaccessible areas on Mars, and have a claw that can retrieve Martian rocks and deliver them to the rover.

Hamilton is convinced that « the drone has completely revolutionized the way that we do fieldwork, If you could send a drone with a claw or a drill to be able to acquire a sample and bring it back to a rover, that provides a radically new paradigm for being able to explore the really rugged parts of Mars that we haven’t been able to get to on the ground. »

RAVEN is scheduled to be a three-year project. Christopher Hamilton’s team hopes to test a prototype by 2022, and to publish technological recommendations for NASA by 2023.

Source: BBC News.

Le désert de l’Odadahraun a déjà servi de terrain d’entraînement aux missions lunaires (Photo: C. Grandpey)

Le mystère des aurores boréales // The mystery of northern lights

Cette note n’a pas pour sujet les volcans ou les glaciers mais les aurores boréales – aurora borealis – un phénomène qui fascine ceux qui visitent l’Arctique ou l’Antarctique où l’on peut observer les glaciers et les calottes glaciaires.

On peut lire sur l’excellent site Web The Watchers qu’une nouvelle étude conduite par des scientifiques de l’Institut de recherche environnementale Espace-Terre de l’Université de Nagoya (Japon) a révélé un mécanisme inconnu de la magnétosphère dans lequel les électrons en provenance du Soleil sont propulsés par une énergie électrique plus puissante qu’on ne le pensait jusqu’à présent.

La formation des aurores boréales et australes commence lorsque du plasma est propulsé à très grande vitesse dans l’espace par le Soleil sous forme de particules chargées. Lorsque ces particules se rapprochent de la Terre, elles sont déviées et canalisées, et vont circuler le long des lignes de champ magnétique pour finalement se diriger vers les pôles. La plupart des électrons de la magnétosphère n’atteignent pas l’ionosphère (haute atmosphère) car ils sont repoussés par le champ magnétique terrestre.

Certaines particules accélèrent leur course dans la haute atmosphère terrestre où elles entrent en collision avec des atomes d’oxygène et d’azote qu’elles excitent à une altitude d’environ 100 km. Lorsque les atomes se défont de leur état d’excitation, ils produisent des aurores boréales.

Cependant, de nombreux détails sur ce processus sont encore mystérieux. Par exemple, on ne connaît pas avec précision la manière dont est généré le champ électrique qui accélère les électrons dans l’ionosphère, ni même sa hauteur au-dessus de la Terre. Les scientifiques pensaient jusqu’à présent que l’accélération se produisait à des altitudes comprises entre 1 000 et 20 000 km au-dessus de la Terre. La nouvelle étude montre que la zone d’accélération s’étend au-delà de 30 000 km. Elle montre aussi que le champ électrique qui accélère les particules aurorales peut exister à n’importe quelle hauteur le long d’une ligne de champ magnétique et n’est pas limité à la région de transition entre l’ionosphère et la magnétosphère à plusieurs milliers de kilomètres. Cela laisse supposer que des mécanismes magnétosphériques inconnus entrent en jeu.

L’équipe scientifique a étudié aux États-Unis et au Canada les données d’imageurs fournies par le détecteur d’électrons du satellite japonais Arase. Les données ont été collectées à partir de septembre 2017, au moment où Arase se trouvait à une altitude d’environ 30000 km et dans un mince arc auroral actif pendant quelques minutes.

Les chercheurs ont pu mesurer les mouvements ascendants et descendants des électrons et des photons, ce qui a révélé que la zone d’accélération des électrons commençait au-dessus du satellite et s’étendait en dessous.

Afin d’approfondir l’étude de la zone d’accélération à haute altitude, le prochain objectif de l’équipe scientifique sera d’analyser les données fournies par plusieurs événements d’aurores boréales, de comparer les observations de haute et de basse altitude et de réaliser des simulations numériques du potentiel électrique.

Les chercheurs expliquent que si l’on comprend comment se forme ce champ électrique, on comblera les lacunes dans la compréhension de la formation des aurores et dans le transport d’électrons sur Terre et d’autres planètes comme Jupiter et Saturne.

Référence :  « Active auroral arc powered by accelerated electrons from very high altitudes » – Imajo, S., et al. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

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This post is not about volcanoes or glaciers but about Northern Lights – aurora borealis – a phenomenon that fascinates those who visit the Arctic or the Antarctic where glaciers and ice sheets can be observed.

We can read on the excellent website The Watchers that new research by scientists at Nagoya University’s Institute for Space-Earth Environmental Research has revealed an unknown mechanism of the magnetosphere in which electrons from the Sun are propelled by electrical energy higher than previously thought, ultimately creating displays of northern and southern lights.

The formation of auroras starts with supersonic plasma propelled from the Sun as high-speed, charged particles into space. When these particles get near Earth, they are deflected and funneled in streams along the magnetic field lines, flowing towards the poles eventually.

Most electrons in the magnetosphere don’t reach the ionosphere (upper atmosphere) because they are repelled by the Earth’s magnetic field.

Some particles are accelerated into the Earth’s upper atmosphere, where they collide with and excite oxygen and nitrogen atoms at an altitude of roughly 100 km. When the atoms relax from their state of excitation, they emit the auroras. However, many details about this process are still unknown. For instance, we don’t know all the details of how the electric field that accelerates electrons into the ionosphere is generated or even how high above Earth it is.

Scientists previously believed that acceleration happened at altitudes between 1 000 and 20 000 km above the Earth. The new research reveals that the acceleration region spreads beyond 30 000 km. It shows that the electric field that accelerates auroral particles can exist at any height along a magnetic field line and is not limited to the transition region between the ionosphere and magnetosphere at several thousand kilometres. This suggests that unknown magnetospheric mechanisms are at play.

The scientific team studied data from ground-based imagers in the U.S. and Canada from the electron detector on the Japanese satellite, Arase. The data was taken from September 2017, when Arase was at an altitude of about 30 000 km and located within a thin active auroral arc for a few minutes.

The researchers were able to measure the upward and downward movements of electrons and photons, eventually finding the acceleration region of electrons began above the satellite and extended below.

To further investigate the high-altitude acceleration region, the team’s next goal is to analyze data from multiple aurora events, compare observations of high and low altitudes, and conduct numerical simulations of electric potential.

The researchers explain that understanding how this electric field forms will fill in gaps for understanding aurora emission and electron transport on Earth and other planets, including Jupiter and Saturn.

Reference

« Active auroral arc powered by accelerated electrons from very high altitudes » – Imajo, S., et al. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

Photo : C. Grandpey

Iceberg A68A (suite / continued)

Dans ma dernière note sur l’iceberg A68a, j’expliquais que les scientifiques britanniques s’apprêtaient à quitter les îles Malouines pour aller étudier les restes de l’iceberg, en espérant qu’il resterait encore quelque chose du géant. En effet; A68A est maintenant l’ombre de lui-même. Il s’est fragmenté en plusieurs icebergs plus petits (le dernier morceau – le 16ème – a été baptisé A68P) et les scientifiques veulent étudier leur impact sur l’environnement.

Les chercheurs à bord du James Cook se sont approchés du plus gros segment issu de l’A68A et ont largué un planeur sous-marin qui mesurera la salinité, la température et le niveau de chlorophylle de l’eau de mer auprès de la glace. Ces informations indiqueront aux scientifiques dans quelle mesure les fragments de l’A68A  peuvent affecter la vie marine dans la région.

Le navire de recherche n’a pas besoin de rester sur place car la technologie intégrée aux planeurs sous-marins permet de les piloter à distance depuis le Royaume-Uni. Une application Web a été développée pour piloter et gérer les données des robots océaniques sur de longues portées. L’application utilise des données satellitaires permettant de piloter les planeurs n’importe où dans le monde. Il existe toute une gamme de types de planeurs qui peuvent être équipés de capteurs conçus spécialement, selon les besoins de différentes campagnes scientifiques. Un deuxième planeur doit être largué dans l’eau à proximité des icebergs restants.

Les chercheurs veulent comprendre comment ces grandes masses de glace peuvent affecter les eaux au large de la Géorgie du Sud. D’une part, les icebergs peuvent avoir un impact positif car ils dispersent les débris de roches grattés dans l’Antarctique et qui fertilisent ensuite l’océan. D’autre part, leur grande masse peut avoir un impact négatif en bloquant l’accès de la faune aux zones de nourrissage, ou en déversant tellement d’eau douce en fondant que cette eau perturbe certains processus habituels dans le réseau trophique marin.

Le James Cook doit être prudent. Ce n’est pas un brise-glace et les eaux autour des restes de l’A68A sont infestées de petits morceaux de glace, les fameux growlers tant redoutés par les navigateurs  en mer et qui pourraient endommager la coque du navire.

Source: La BBC.

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In my last post about the iceberg A68a, I explained that UK scientists were ready to leave the Falkland Islands to go and examine the remnants of the iceberg, hoping there would still be anything left of the original giant. Indeed; A68A is now a shadow of its former self. It has broken up in several smaller bergs (the last piece has been identified as A68P) and scientists want to investigate their impacts on the environment.

Researchers onboard the research ship James Cook approached the biggest remaining segment of A68A and deployed a robotic glider that will measure seawater salinity, temperature and chlorophyll close to the ice. This information will tell the scientists how the still significant blocks could be affecting local marine life.

The research ship does not need to stay in the vicinity because the technology built into the underwater robots means they can be piloted remotely back in the UK. A world leading web application has been developed to pilot and manage the data from long-range ocean robots. It uses satellite data to assist in piloting the gliders which can be deployed from anywhere in the world. There exists a variety of different glider types that can be fitted with a bespoke combination of sensors as required by different science campaigns. A second glider is due to be dropped in the water close to the remaining bergs.

Researchers want to understand how large ice masses could affect the productivity of the waters off South Georgia. One the one hand, icebergs can be a positive because they disperse rocky debris picked up in the Antarctic which then fertilises the ocean. On the other hand, their great bulk can also be a negative by blocking predators’ access to prey, or by dumping so much fresh meltwater they disrupt some of the normal processes in the marine food web.

The James Cook has to be cautious. It is not an ice-breaker and the waters around the berg remnants are infested with smaller ice chunks that could do damage to its hull.

Source: The BBC.

Exemple de planeur ou glider sous-marin (Source : Wikipedia)