Niezidentyfikowane tajemnicze dźwięki zarejestrowane w stratosferze

Zapisz się do biuletynu naukowego CNN Wonder Theory. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o niesamowitych odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

Gigantyczne balony słoneczne zostały wysłane na wysokość 70 000 stóp w powietrze, aby zarejestrować dźwięki stratosfery Ziemi — a mikrofony wychwyciły nieoczekiwane dźwięki.

Stratosfera jest drugą warstwą ziemskiej atmosfery, a jej niższy poziom zawiera warstwę ozonową, która według NASA pochłania i rozprasza promieniowanie ultrafioletowe Słońca. Rzadkie, suche powietrze stratosfery to miejsce, w którym samoloty odrzutowe i balony meteorologiczne osiągają maksymalną wysokość, a stosunkowo spokojna warstwa atmosfery rzadko jest narażona na turbulencje.

Daniel Bowman, główny naukowiec w Sandia National Laboratories w Nowym Meksyku, zainspirował się na studiach podyplomowych do zbadania akustycznego krajobrazu stratosfery po zapoznaniu się z dźwiękami o niskiej częstotliwości generowanymi przez wulkany. Zjawisko to znane jest jako ultradźwięki i jest niesłyszalne dla ludzkiego ucha.

Bowman i jego przyjaciele wcześniej montowali aparaty fotograficzne na balonach pogodowych, „aby robić zdjęcia czarnego nieba powyżej i ziemi poniżej” i z powodzeniem zbudowali własny balon słoneczny.

Zasugerował przymocowanie do balonów rejestratorów infradźwięków, aby rejestrować odgłosy wulkanów. Ale potem on i jego doradca Jonathan Lees z University of North Carolina w Chapel Hill zdali sobie sprawę: „Przez pół wieku nikt nie próbował umieszczać mikrofonów na balonach stratosferycznych, więc skupiliśmy się na zbadaniu, co może zrobić ta nowa platforma”, Bowman powiedział. Liz jest profesorem nauk o Ziemi, Morzu i Środowisku, który bada sejsmologię i wulkanologię.

Czujniki mogą przenosić balony dwa razy wyższe niż samoloty komercyjne.

„Na naszych balonach słonecznych zarejestrowaliśmy chemiczne wybuchy i pogrzeby na powierzchni, grzmoty, fale oceanu, katastrofy helikopterów, odgłosy miast, starty rakiet suborbitalnych, trzęsienia ziemi, a może nawet pociągi towarowe i samoloty odrzutowe” – powiedział Bowman za pośrednictwem poczty elektronicznej. „Nagraliśmy również dźwięki niejasnego pochodzenia”.

Wyniki opublikowano w czwartek 184. Spotkanie Amerykańskiego Towarzystwa Wokalnego w Chicago.

Nagranie, które Bowman udostępnił z balonu NASA wokół Antarktydy, zawiera ultradźwięki rozbijających się fal oceanu, które brzmią jak ciągłe westchnienie. Ale inne grzechotki i szelesty mają nieznane pochodzenie.

Obejrzyj tę interaktywną zawartość na CNN.com

W stratosferze „w niektórych lotach kilka razy na godzinę pojawiają się tajemnicze sygnały ultradźwiękowe, ale ich źródło jest całkowicie nieznane” – powiedział Bowman.

Bowman i jego współpracownicy przeprowadzili badania przy użyciu balonów NASA i innych dostawców lotniczych, ale postanowili zbudować własne balony, każdy o rozpiętości około 19,7 do 23 stóp (6 do 7 metrów).

Materiały można znaleźć w sklepach ze sprzętem i fajerwerkami, a balony można montować na boisku do koszykówki.

„Każdy balon jest wykonany z plastiku malarskiego, taśmy transportowej i pyłu węglowego” – powiedział Bowman za pośrednictwem poczty elektronicznej. Kosztują około 50 USD, a dwuosobowy zespół może zbudować jeden w około 3,5 godziny. Wystarczy zabrać go na pole w słoneczny dzień i napełnić powietrzem, a on uniesie funt ładunku na wysokość około 70 000 stóp”.

Pył węglowy jest używany wewnątrz balonów, aby je przyciemnić, a kiedy słońce świeci na ciemniejące balony, powietrze wewnątrz nagrzewa się i staje się wyporne. Niedrogi i łatwy projekt „zrób to sam” oznacza, że ​​badacze mogą uwolnić kilka balonów, aby zebrać jak najwięcej danych.

„Naprawdę grupa licealistów ma dostęp do szkolnej sali gimnastycznej Możesz zbudować balon słonecznyJest też aplikacja mobilna o nazwie RedVox, która może rejestrować ultradźwięki” – powiedział Bowman.

Bowman szacuje, że między 2016 a kwietniem tego roku wystrzelił dziesiątki balonów słonecznych w celu zebrania nagrań infradźwięków. Mikrometry, pierwotnie zaprojektowane do monitorowania wulkanów, zostały przymocowane do balonów w celu rejestrowania dźwięków o niskiej częstotliwości.

Naukowcy śledzili swoje balony za pomocą Globalnego Systemu Pozycjonowania (GPS), ponieważ mogły przebyć setki mil i wylądować w niewygodnych miejscach.

Najdłuższy jak dotąd lot trwał 44 dni na pokładzie balonu wypełnionego helem NASA, który zarejestrował dane z 19 dni, zanim wyczerpały się baterie w mikrofonie. Tymczasem loty balonem słonecznym trwają zwykle około 14 godzin latem i lądują po zachodzie słońca.

Zaleta większej wysokości, na jaką balony docierają, oznacza, że ​​poziom hałasu jest niższy, a zasięg wykrywania zwiększa się – i można dotrzeć do całego terenu. Ale balony stanowią również wyzwanie dla badaczy. Stratosfera to ekstremalne środowisko z dzikimi wahaniami temperatury między ciepłem a zimnem.

„Balony słoneczne są trochę powolne, a kilka z nich zniszczyliśmy w krzakach, kiedy próbowaliśmy je wystrzelić” – powiedział Bowman. „Musieliśmy wędrować po kanionach i przez góry, aby zdobyć nasze ładunki. Dawno, dawno temu nasi koledzy z Oklahomy mieli balon, który lądował na polu, spędzał noc, a następnie ponownie wzbijał się w powietrze, by lecieć kolejnym cały dzień!”

Lekcje z wielu lotów balonem nieco ułatwiły ten proces, ale teraz największym wyzwaniem dla badaczy jest identyfikacja sygnałów zarejestrowanych podczas lotów.

„Jest tak wiele lotów, które przenoszą sygnały, że nie rozumiemy, skąd one pochodzą” – powiedział Bowman. „Prawie na pewno jest to przyziemne, może miejsce turbulencji, silna burza w oddali lub coś ludzkiego, jak pociąg towarowy – ale czasami trudno jest wiedzieć, co się dzieje, ponieważ jest tam tak mało danych”.

Sarah Albert, geofizyk z Sandia National Laboratories, zbadała „kanał akustyczny” – kanał, który przenosi dźwięki na duże odległości przez atmosferę – znajdujący się na wysokościach badań Bowmana. Ha Nagrania rejestrowały wystrzeliwanie rakiet I inne niezidentyfikowane pomruki.

„Ten dźwięk może zostać uwięziony w kanale i odbijać się echem, dopóki nie zostanie całkowicie zablokowany” – powiedział Bowman. „Ale czy jest blisko i dość cicho (jak burzliwe miejsce), czy daleko i głośno (jak odległa burza), nie jest jeszcze jasne”.

Bowman i Albert będą nadal badać atmosferyczny kanał akustyczny i próbować ustalić, skąd pochodzi dudnienie w stratosferze – i dlaczego niektóre loty go rejestrują, a inne nie.

Bowman chce zrozumieć dźwiękowy krajobraz stratosfery i odblokować kluczowe funkcje, takie jak zmienność w różnych porach roku i lokalizacjach.

Wersje tych balonów wypełnione helem mogą pewnego dnia zostać użyte Eksploruj inne planety, takie jak Wenusprzenosząc instrumenty naukowe nad lub w chmurach planety przez kilka dni jako lot testowy dla większych i bardziej złożonych misji.