Tajemnicze niezidentyfikowane dźwięki nagrane w stratosferze

Zapisz się do biuletynu naukowego CNN Wonder Theory. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, przełomach 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 na jej niższym poziomie znajduje się warstwa ozonowa, która według NASA pochłania i rozprasza promieniowanie ultrafioletowe Słońca. Rozrzedzone, suche powietrze w stratosferze, gdzie samoloty odrzutowe i balony pogodowe osiągają maksymalną wysokość, jest stosunkowo cichą warstwą atmosfery, rzadko zakłócaną przez turbulencje.

Daniel Bowman, główny naukowiec z Sandia National Laboratory w Nowym Meksyku, zainteresował się badaniem pejzażu dźwiękowego stratosfery po tym, jak na studiach podyplomowych zapoznał się z dźwiękami o niskiej częstotliwości wytwarzanymi przez wulkany. Zjawisko to, zwane infradźwiękami, jest niesłyszalne dla ludzkiego ucha.

Bowman i jego przyjaciele wcześniej instalowali kamery na balonach pogodowych, aby „robić zdjęcia czarnego nieba nad i ziemi daleko pod nimi” iz powodzeniem zbudowali własny balon słoneczny.

Zaproponował przymocowanie rejestratorów na podczerwień do balonów, aby rejestrować odgłosy wulkanów. Ale potem on i jego doradca, Jonathan Lees z University of North Carolina w Chapel Hill, „zdali sobie sprawę, że nikt nie próbował umieścić mikrofonów w balonach stratosferycznych przez pół wieku, więc poszliśmy naprzód, aby zbadać, co może zrobić ta nowa platforma, — powiedział Bowmann. Lees jest profesorem nauk o ziemi, oceanach i środowisku, który prowadzi badania z zakresu sejsmologii i wulkanologii.

Balony mogą odbierać czujniki dwa razy szybciej niż komercyjne odrzutowce.

„W naszych balonach słonecznych zarejestrowaliśmy eksplozje chemiczne, grzmoty, rozbijające się fale oceanu, samoloty śmigłowe, odgłosy miast, starty rakiet pomocniczych, trzęsienia ziemi oraz pociągi towarowe i samoloty odrzutowe” – powiedział Bowman e-mailem. „Nagraliśmy dźwięki, a ich pochodzenie jest niejasne”.

Wnioski zostały udostępnione w czwartek 184. spotkanie Acoustical Society of America, Chicago.

Na nagraniu udostępnionym przez Bowmana z balonu NASA krążącego wokół Antarktydy infradźwięki rozbijających się fal oceanicznych brzmią jak ciągłe westchnienie. Ale inne eksplozje i dudnienia są nieznanego pochodzenia.

Sprawdź tę interaktywną zawartość na CNN.com

Bowman powiedział, że w stratosferze „niektóre samoloty wysyłają tajemnicze sygnały w podczerwieni kilka razy na godzinę, ale ich źródło jest całkowicie nieznane”.

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

Materiały można znaleźć w sklepach ze sprzętem i artykułami pirotechnicznymi, 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 dolarów, a dwuosobowa załoga może zbudować taki w 3,5 godziny. Jeśli wyniesiesz go na pole w słoneczny dzień i napełnisz powietrzem, może unieść jednofuntowy ładunek do około 70 000 stopy.

Pył węglowy jest używany wewnątrz balonów, aby je przyciemnić, a kiedy światło słoneczne uderza w przyciemnione balony, powietrze wewnątrz nich nagrzewa się i unosi. Tani i łatwy w użyciu projekt DIY oznacza, że ​​badacze mogą uwolnić wiele balonów, aby zebrać jak najwięcej danych.

„Zasadniczo grupa licealistów z dostępem do szkolnej sali gimnastycznej Balon słoneczny można zrobićJest nawet aplikacja na telefon komórkowy o nazwie RedVox, która może nagrywać infradźwięki” – powiedział Bowman.

Bowman szacuje, że od 2016 roku do kwietnia tego roku wystrzelił kilkadziesiąt balonów słonecznych w celu zbierania nagrań infradźwięków. Mikrobarometry, pierwotnie zaprojektowane do monitorowania wulkanów, zostały przymocowane do balonów w celu rejestrowania dźwięków o niskiej częstotliwości.

Naukowcy śledzili swoje balony za pomocą GPS, gdy pokonywały setki mil i lądowały w niewygodnych miejscach.

Najdłuższy jak dotąd lot balonem wypełnionym helem NASA trwał 44 dni, rejestrując dane z 19 dni, zanim wyczerpały się baterie w mikrofonie. Tymczasem loty balonem słonecznym trwają latem około 14 godzin i lądują po zachodzie słońca.

Zaletą dużej wysokości, na którą docierają balony, jest niski poziom hałasu i zwiększony zasięg wykrywania – a także dostęp do całej Ziemi. Ale balony stanowią wyzwanie dla badaczy. Stratosfera to surowe środowisko z dzikimi wahaniami temperatury między ciepłem a zimnem.

„Balony słoneczne są trochę słabe, a kilka z nich rozbiliśmy w krzakach, próbując je wystrzelić” – powiedział Bowman. „Musieliśmy zejść przez doliny i góry, aby zdobyć nasze ładunki. Pewnego razu nasi koledzy z Oklahomy wylądowali balonem na polu, spędzili noc, a następnie wystrzelili go z powrotem w powietrze, aby latać przez cały dzień!

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

„Jest tak wiele samolotów z sygnałami, których pochodzenia nie rozumiemy” – powiedział Bowman. „Z pewnością są przyziemne – być może turbulencje, odległa silna burza lub jakiś czynnik ludzki – jak pociąg towarowy – ale czasami trudno powiedzieć, co się dzieje, ponieważ nie ma tam żadnych danych”.

Sarah Albert, geofizyk z Sandia National Laboratories, badała „kanał dźwiękowy” – przejście przez atmosferę, które przenosi dźwięki na duże odległości – na wysokości badanej przez Bowmana. jej Rejestruje wystrzeliwanie rakiet i inne niezidentyfikowane pomruki.

„Dźwięk utknął w kanale i odbijał się echem, aż do całkowitego zniekształcenia” – powiedział Bowman. „Ale nadal nie jest jasne, czy jest blisko i bardzo cicho (jak turbulencje), czy odlegle i głośno (jak odległa burza).

Bowman i Albert będą nadal badać powietrzny kanał dźwiękowy, próbując ustalić, skąd pochodzą dudnienia w stratosferze – i dlaczego niektóre samoloty je rejestrują, a inne nie.

Bowman jest zainteresowany zrozumieniem pejzażu dźwiękowego stratosfery i odblokowaniem kluczowych funkcji, takich jak zmienność w różnych porach roku i lokalizacjach.

Wersje tych balonów wypełnione helem mogą pewnego dnia zostać użyte Eksploruj inne planety, takie jak WenusNoszenie instrumentów naukowych przez kilka dni nad lub w chmurach planety to lot próbny dla większych, bardziej złożonych misji.