Solradio -signaler kunne bruges til at overvåge smeltende iskapper

Solen giver en skræmmende kilde til elektromagnetisk uorden - kaotisk, tilfældig energi udsendt af den massive kugle af gas ankommer til Jorden i et bredt spektrum af radiofrekvenser. Men i den tilfældighed, Stanford -forskere har opdaget fremstillingen af ​​et kraftfuldt værktøj til overvågning af is og polære ændringer på Jorden og på tværs af solsystemet.

I en ny undersøgelse, et team af glaciologer og elektriske ingeniører viser, hvordan radiosignaler, der naturligt udsendes af solen, kan omdannes til et passivt radarsystem til måling af islags dybde og med succes testet det på en gletscher i Grønland. Teknikken, detaljeret i journalen Geofysiske forskningsbreve den 14. juli, kan føre til en billigere, lavere effekt og mere gennemgribende alternativ til nuværende metoder til indsamling af data, ifølge forskerne. Forskuddet kan tilbyde storstilet, langvarig indsigt i smeltende indlandsis og gletschere, som er blandt de dominerende årsager til stigninger i havniveau, der truer kystsamfund rundt om i verden.

En himmel fuld af signaler

Luftbåren ispenetrerende radar-det primære strømmiddel til indsamling af udbredt information om den polære undergrund-involverer flyvende fly, der indeholder et kraftfuldt system, der sender sit eget 'aktive' radarsignal ned gennem indlandsisen. Virksomheden er ressourcekrævende, imidlertid, og giver kun oplysninger om forholdene på flyvetidspunktet.

Derimod, forskernes bevis på konceptet bruger en batteridrevet modtager med en antenne placeret på isen til at registrere solens radiobølger, når de rejser ned til jorden, gennem indlandsisen og til undergrunden. Med andre ord, i stedet for at transmittere sit eget signal, systemet bruger naturligt forekommende radiobølger, der allerede rejser ned fra solen, en atomdrevet sender på himlen. Hvis denne type system var fuldstændigt miniaturiseret og implementeret i omfattende sensornetværk, det ville tilbyde et hidtil uset blik på udviklingen under jorden af ​​Jordens hurtigt skiftende polære forhold, siger forskerne.

"Vores mål er at kortlægge et forløb for udviklingen af ​​lavressourcensensornetværk, der kan overvåge forholdene under jorden i en virkelig bred skala, "sagde hovedstudieforfatter Sean Peters, som forskede til undersøgelsen som kandidatstuderende ved Stanford og nu arbejder på MIT Lincoln Laboratory. "Det kan være udfordrende med aktive sensorer, men denne passive teknik giver os mulighed for virkelig at drage fordel af lavressourceimplementeringer. "

En tilfældig fordel

Ud over synligt lys og andre former for lys, solen udsender konstant radiobølger over en bred, tilfældigt frekvensspektrum. Forskerne brugte dette kaos til deres fordel:De registrerede et udsnit af solens radioaktivitet, som er som en endeløs sang, der aldrig gentager sig, lyttede derefter efter den unikke signatur i det ekko, der er skabt, når solradiobølgerne hopper ned fra bunden af ​​et islag. Måling af forsinkelsen mellem den originale optagelse og ekkoet gør det muligt for dem at beregne afstanden mellem overflademodtageren og gulvet på indlandsisen, og dermed dens tykkelse.

I deres test på Store Glacier i Vestgrønland, forskerne beregnede en ekkoforsinkelsestid på cirka 11 mikrosekunder, som kortlægger til en istykkelse på omkring 3, 000 fod-et tal, der matcher målinger af det samme sted registreret fra både jordbaseret og luftbåren radar.

"Det er en ting at lave en masse matematik og fysik og overbevise dig selv om, at noget burde være muligt - det er virkelig noget andet at se et reelt ekko fra bunden af ​​et islag ved hjælp af solen, "sagde seniorforfatter Dustin Schroeder, en assisterende professor i geofysik ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth).

Fra Jupiter til solen

Ideen om at bruge passive radiobølger til at indsamle geofysiske målinger af istykkelse blev oprindeligt foreslået af studieforfatter Andrew Romero-Wolf, en forsker ved NASA's Jet Propulsion Laboratory, som en måde at undersøge Jupiters iskolde måner på. Da Schroeder og Romero-Wolf arbejdede sammen med andre på en mission, blev det klart, at radiobølger genereret af Jupiter selv ville forstyrre deres aktive ispenetrerende radarsystemer. På et tidspunkt, Romero-Wolf indså, at i stedet for en svaghed, Jupiters utilregnelige radioemissioner kan faktisk være en styrke, hvis de kunne omdannes til en kilde til sondering af månens undergrund.

"Vi begyndte at diskutere det i forbindelse med Jupiters måne Europa, men så indså vi, at det også burde fungere til at observere Jordens iskapper, hvis vi erstatter Jupiter med solen, "Sagde Schroeder.

Derfra, forskergruppen påtog sig opgaven med at isolere solens omgivende radioemissioner for at se, om den kunne bruges til at måle istykkelse. Metoden involverede at bringe en delmængde af solens 200- til 400-megahertz radiofrekvensbånd over støjen fra andre himmellegemer, behandling af enorme mængder data og eliminering af menneskeskabte kilder til elektromagnetisme som tv-stationer, FM -radio og elektronisk udstyr.

Mens systemet kun fungerer, når solen er over horisonten, proof-of-concept åbner mulighed for i fremtiden at tilpasse sig andre naturligt forekommende og menneskeskabte radiokilder. Medforfatterne forfølger også stadig deres oprindelige idé om at anvende denne teknik til rummissioner ved at udnytte den omgivende energi, der udsendes af andre astronomiske kilder som gasgiganten Jupiter.

"At skubbe grænserne for sanseteknologi til planetarisk forskning har gjort det muligt for os at skubbe grænserne for sanseteknologi til klimaændringer, "Schroeder sagde." Overvågning af iskapper under klimaændringer og udforskning af iskolde måner på de ydre planeter er begge ekstremt ressourcefrie miljøer, hvor du virkelig har brug for at designe elegante sensorer, der ikke kræver meget strøm. "