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El conocimiento científico crece gracias a la labor de miles de personas que se esfuerzan, hasta el agotamiento, por encontrar respuestas a los enigmas que plantea la Naturaleza. En cada programa un científico conversa con Ángel Rodríguez Lozano y abre para nosotros las puertas de un campo del conocimiento.

Aplicaciones científicas de los sistemas de navegación por satélite. Hablamos con Víctor Puente García

Aplicaciones GNSS - Hablando con Científicos podcast - CienciaEs.com

Cuando oímos hablar de los sistemas de navegación por satélite, invariablemente pensamos en el GPS y el uso que le damos cuando queremos llegar a un lugar determinado sin perdernos en el camino. Pero el GPS es solamente una parte de la historia, la realidad es mucho más diversa y compleja, como nos explica hoy Víctor Puente, investigador del Instituto Geográfico Nacional y nuestro invitado en Hablando con Científicos.

La realidad es que, en lugar de GPS, deberíamos utilizar otras siglas, GNSS (Global Navigation Satellite System). GNSS está formado por un conjunto de constelaciones de satélites que orbitan la Tierra emitiendo señales cuya recepción nos permite conocer la posición y la hora con una gran exactitud, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y en todas las condiciones climatológicas. En ese sentido, el sistema GPS es solamente una de las constelaciones de satélites utilizadas, existen otras como GLONASS (ruso), GALILEO (europeo) o BeiDou (China) y todas en su conjunto pueden ser utilizadas dentro de GNSS.

La utilidad de los sistemas de navegación por satélite va más allá de proporcionar la posición, movimiento y tiempo a cualquier usuario terrestre,. La Ciencia ha encontrado formas de utilizar ese medio con otros objetivos: la monitorización de capas de la atmósfera y su relación con los tsunamis; el seguimiento de los movimientos de la Tierra, el estudio de los movimientos sísmicos y sus consecuencias, la orientación de la Tierra en el espacio o la determinación y medida del tiempo.

¿Qué relación existe entre la creación de un tsunami, la ionosfera y los sistemas de navegación por satélite? Existen antecedentes demuestran la conexión entre esos fenómenos. En 1964, tuvo lugar en Alaska un terremoto de gran magnitud, que es considerado como el mayor que se ha registrado en Norteamérica. Además de la destrucción provocada por el movimiento sísmico, el terremoto generó un tsunami devastador que llegó a producir una ola de 67 metros de altura en la ensenada de Valdez. Aquella fue la primera ocasión en la que se pudo comprobar la existencia de una conexión entre el Tsunami y la ionosfera, la capa ionizada que existe en la alta atmósfera. Esa relación volvió a registrarse tras el terremoto de Perú en 2001.

Las señales que comunican los satélites de los sistemas de posicionamiento deben atravesar la atmósfera hasta llegar al receptor y en ese camino sufren perturbaciones indeseadas que después deben ser corregidas para obtener una posición ajustada. Como suele suceder en Ciencia, lo que en un principio se descarta como un ruido no deseado, se puede convertir en objeto de investigación y estudio. Víctor Puente explica durante la entrevista que la ionosfera es una amplia región de la atmósfera en la que se acumulan partículas cargadas, electrones e iones libres fundamentalmente. Es una capa muy extensa que, en condiciones de radiación solar, se extiende desde los 80 hasta los 400 km de altura. Cuando, debido a un movimiento sísmico, se perturba la superficie del océano, se genera una ola que, lejos de las costas, puede tener muy poca altura pero una extensión de muchos kilómetros. Cuando esa ola se acerca a tierra firme, al encontrarse con aguas más someras, el frente de la ola reduce su velocidad y el agua se acumula formando una ola de gran altura, un tsunami. Pero mucho antes de que eso suceda, el cambio de altura en la superficie del océano, aunque sea pequeño, empuja la atmósfera situada encima del agua y genera una onda de presión que se transmite hasta la ionosfera. El movimiento provoca un cambio en la concentración de las partículas cargadas e influye en la propagación de las señales procedentes de los satélites. Cuando esas señales llegan a los receptores en tierra, la perturbación puede ser detectada y medida revelando la existencia del tsunami antes de que golpee las costas y siembre la destrucción. Así pues, las estaciones GNSS podrían ser utilizadas como sistemas de alerta temprana porque pueden detectar los tsunamis varios minutos antes de su llegada, unos minutos que pueden ser vitales para salvar vidas.

Existen otras aplicaciones científicas de los sistemas de navegación por satélite que podéis escuchar en este podcast. Víctor Puente explica cómo, de un modo parecido, las señales de los satélites GNSS permiten monitorizar cambios en la troposfera, una capa mucho más baja que la ionosfera y no cargada eléctricamente pero donde los cambios de presión también tienen influencia en la propagación de las transmisiones procedentes del espacio. Existen aplicaciones en el campo de la geodinámica, la sismología, para el cálculo de los parámetros de orientación de la tierra y, por supuesto, para determinar la hora de referencia del tiempo que utilizamos como referencia en nuestras actividades cotidianas.

Os invito a escuchar la Víctor Puente García, jefe de servicio de la Subdirección de Astronomía y Geodesia del Instituto Geográfico Nacional.

REFERENCIAS:

Tavella and Petit, Precise time scales and navigation systems:mutual benefits of timekeeping and positioning Satell Navig (2020) 1:10

Priego et al. Monitoring water vapour with GNSS during a heavy rainfall event in the Spanish Mediterranean area Geomatics, Natural Hazards and Risk · July 2016

Colosimo, Crespi and Mazzoni. Real‐time GPS seismology with a stand‐alone receiver: A preliminary feasibility demonstration. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 116, B11302,

La orientación de la Tierra
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