Højtflyvende eksperimenter viser potentialet for ballonbåren infralyddetektion

Eksperimenter udført højt oppe i himlen over New Mexico tyder på, at ballonbårne sensorer kan være nyttige til at detektere infralydsignaler genereret af små, udenjordisk affald, der trænger ind i Jordens atmosfære, ifølge en rapport på 2017 Seismological Society of Americas (SSA) årsmøde.

Infralyd, nogle gange kaldet lavfrekvent lyd, er lydbølger, der opstår ved frekvenser lavere end grænsen for menneskelig hørelse. Infralydsignaler kan forblive stærke, når de rejser over store afstande, gør dem nyttige til at udpege placeringen og størrelsen af ​​begivenheder såsom atomeksplosioner, meteoritnedslag, vulkanudbrud og nogle gange jordskælvsbrud.

Jordsensorer kan registrere disse signaler, men meget små infralydsignaler kan blive oversvømmet af vind og andre omgivende støj indsamlet af disse enheder. Så forskere, inklusive Eliot Young fra Southwest Research Institute og Daniel Bowman fra Sandia National Laboratories, leder efter mere stille steder at placere disse sensorer - i dette tilfælde at binde dem til højhøjdeballoner.

"Balloner er gode til dette, fordi de flyder i det omgivende vindfelt, som eliminerer vindstøjen, som du ville få med en jordsensor, " forklarer Young. "Temperaturen i Jordens atmosfære er også sådan, at den skaber en infralydbølgeleder - et sted i stratosfæren, hvor infralydsenergien er koncentreret og ikke spredes på normal vis."

For at teste følsomheden af ​​ballonbårne detektorer, Young og hans kolleger arrangerede tre store jordeksplosioner (svarende til omkring 2400 pund TNT), mens de fløj infralydsensorer på en ballon, der fløj i en højde af 35 kilometer, eller næsten 22 miles i luften. De flyvende sensorer var i stand til at registrere alle tre eksplosioner i den højde, og i en lateral afstand væk fra eksplosionerne på omkring 350 til 400 kilometer, eller mellem 220 og 250 miles væk.

Det betyder, at sensorerne, Young siger, "er følsomme over for genstande på størrelse med bowlingkugler, der kommer ind og eksploderer i jordens atmosfære."

At bygge en sensor, der kunne detektere så små signaler, var en betydelig udfordring, siger University of Colorado, Boulders Viliam Klein, der arbejdede på ballonprojektet. Når ballonen stiger i højden, ændringen i atmosfærisk tryk på ballonen ændres også, og trykbølgerne er større end infralydbølger. "Hvis du løfter din arm fra et skrivebord, du oplever en ændring på omkring tre pascal af atmosfærisk tryk, " siger Klein. "Men amplituden af ​​de bølger, vi vil måle, er omkring 0,06 pascal."

Dette faktum gjorde det vanskeligt at kalibrere sensorerne på jorden. Da laboratoriets AC-system forstyrrede processen, for eksempel, forskerne satte sensorriggen inde i et køleskab, men selv støjen fra køleskabets kompressor var for forstyrrende, siger Klein. "Alt genererer trykbølger, der er større, end vi ønskede at se."

Bowman fløj også en mindre solballon i lavere højde - omkring 15 kilometer - under eksperimentet. Solballonen var i stand til at opdage en af ​​eksplosionerne, og forskerne bemærkede, at amplituden af ​​infralydsignalet var omkring fem gange stærkere end den, der blev opdaget af højhøjdeballonen. "Det ser ud til, at du opnår fordelen ved ingen omgivende vindstøj med en lavere ballon, men du har ikke den ulempe, at du er så højt oppe, at trykket virkelig er faldet og dine signaler er små, " siger Young.