I slutet av december 2014, en ubåtsvulkan i södra Stillahavsriket Tonga bröt ut, skickar en våldsam ström av ånga, aska och sten i luften. Askplymerna steg så högt som 30, 000 fot (9 kilometer) upp i himlen, omdirigera flyg. När askan slutligen lade sig i januari 2015, en nyfödd ö med en 400 fot (120 meter) topp inbäddad mellan två äldre öar - synlig för satelliter i rymden.

Den nybildade tonganska ön, inofficiellt känd som Hunga Tonga-Hunga Ha'apai efter sina grannar, ursprungligen beräknades pågå i några månader. Nu har den en 6- till 30-årig livslängd, enligt en ny NASA-studie.

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai är den första ön av denna typ som har fått ett utbrott och kvarstår i den moderna satellittiden, det ger vetenskapsmän en oöverträffad vy från rymden av dess tidiga liv och evolution. Den nya studien ger en inblick i dess livslängd och erosionen som formar nya öar. Att förstå dessa processer kan också ge insikter om liknande egenskaper i andra delar av solsystemet, inklusive Mars.

"Vulkanöar är några av de enklaste landformerna att göra, " sa första författaren Jim Garvin, chefsforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Vårt intresse är att beräkna hur mycket 3D-landskapet förändras över tiden, speciellt dess volym, som bara har uppmätts ett fåtal gånger på andra sådana öar. Det är det första steget att förstå erosionshastigheter och processer och att dechiffrera varför det har pågått längre än de flesta förväntade sig."

Den tonganska ön är den tredje "surtseyanska" vulkanön under de senaste 150 åren som har dykt upp och bestått i mer än några månader. Surtsey är en ö som började bildas under en liknande typ av explosiv, havsutbrott utanför Islands kust 1963.

Från den tonganska öns början, det spårades av månadsvis, högupplösta satellitobservationer, både med optiska sensorer och radar, som ser genom moln. Uppmärksammad på vulkanutbrottet av NASA:s Rapid Response-program för instrumenten Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), Garvin och hans kollegor riktade satelliter för att observera ön så snart utbrottet tog slut. Med hjälp av dessa bilder, forskargruppen gjorde tredimensionella kartor över öns topografi och studerade dess föränderliga kustlinjer och volym över havet.

Teamet har beräknat två potentiella scenarier som påverkar dess livslängd. Det första är ett fall av accelererad erosion genom vågnötning, som skulle destabilisera tuffkonen om sex till sju år, lämnar bara en landbro mellan de två intilliggande äldre öarna. Det andra scenariot förutsätter en långsammare erosionshastighet, som lämnar tuffkonen intakt i ca 25-30 år.

De olika scenarierna beror på osäkerhet i uppskattningen av den initiala volymen av tuffkonen direkt efter utbrottet och innan de första stereosatellitbilderna togs efter tre månader. De återspeglar också de olika erosionshastigheterna som upplevdes under de första sex månaderna (accelererad) jämfört med senare (mer måttlig). Deras analys presenterades vid American Geophysical Union Fall Meeting i New Orleans den 11 december.

De mest dramatiska förändringarna på ön inträffade under dess första sex månader. Initialt, den nya ön var relativt oval och fäst vid sin grannö i väster. Dock, i april fann analys av satellitbilder att dess form hade förändrats dramatiskt.

"De här klipporna av vulkanisk aska är ganska instabila, " sa fjärranalysspecialisten och NASA Goddards medförfattare Dan Slayback om de vikande klipporna på södra sidan av ön. Vågverkan omfördelade sedan det eroderade sedimentet för att bilda en landbro till den befintliga ön i öster, han sa.

I maj, den sydöstra kanten av den inre kraterväggen sköljdes över av Stilla havet, öppnar kratersjön mot havet. Vid det här laget trodde både Garvin och Slayback att detta kunde vara slutet på ön. Men i juni, satellitbilder visade att en sandbank hade bildats, stänga av kratern. Medan ön fortsatte att utvecklas, det var mer stabilt i slutet av 2016.

Den nya ön ligger på den norra kanten av en kaldera på toppen av en undervattensvulkan som står nästan 4, 600 fot (1, 400 meter) över den omgivande havsbotten, enligt havburna batymetrimätningar gjorda av geologen och medförfattaren Vicki Ferrini vid Lamont-Doherty Earth Observatory vid Columbia University i Palisades, New York.

Under vattnet, basen av den nya vulkaniska kupolen som bildade ön sträcker sig cirka 1 kilometer från strandlinjen till golvet i den större kalderan, som är cirka tre miles (fem kilometer) tvärs över. I den grundaste delen av undersökningsområdet närmast öns södra sida, havsbotten planar ut i en nästan platt hylla, vilket sannolikt är viktigt för att förklara omfördelningsmönstret för det eroderade materialet, sa Ferrini.

Bevis på tidigare utbrott från andra, mindre kupoler är också synliga runt kanten av kalderan, även om få bryter ytan.

"Det är en enorm mängd material som kom ut från det här utbrottet, möjligen större än vid Surtsey, ", sa Ferrini. "Det andra intressanta är att de två öarna som omger denna nya landmassa har något ganska tufft underlag, så det händer något för att få det här att stelna och stanna på plats, kemiskt."

Den 54-åriga ön Surtsey nära Island överlevde under de första månaderna eftersom uppvärmt havsvatten interagerade med aska efter utbrottet, kemiskt förändra den ömtåliga och lätt eroderade stenen till ett segare material. Garvin och Ferrini tror att något liknande kan ha inträffat med denna nya ö. Deras nästa steg är en detaljerad kemisk analys av stenprover.

Den tonganska ön kan också hjälpa forskare att förstå vulkaniska egenskaper på Mars som ser likadana ut.

"Allt vi lär oss om vad vi ser på Mars är baserat på erfarenheten av att tolka jordfenomen, ", sade Garvin. "Vi tror att det fanns utbrott på Mars vid en tidpunkt då det fanns områden med ihållande ytvatten. Vi kanske kan använda denna nya tonganska ö och dess utveckling som ett sätt att testa om någon av dessa representerade en havsmiljö eller tillfällig sjömiljö."

Våta miljöer som dessa i kombination med värme från vulkaniska processer, han lade till, kan vara utmärkta platser att söka efter bevis på tidigare liv.