El sol proporciona una fuente desalentadora de desorden electromagnético:caótica, La energía aleatoria emitida por la enorme bola de gas llega a la Tierra en un amplio espectro de frecuencias de radio. Pero en esa aleatoriedad Los investigadores de Stanford han descubierto los ingredientes de una poderosa herramienta para monitorear el hielo y los cambios polares en la Tierra y en todo el sistema solar.

En un nuevo estudio, un equipo de glaciólogos e ingenieros eléctricos muestra cómo las señales de radio emitidas naturalmente por el sol se pueden convertir en un sistema de radar pasivo para medir la profundidad de las capas de hielo y probarlo con éxito en un glaciar de Groenlandia. La técnica, detallado en la revista Cartas de investigación geofísica el 14 de julio podría dar lugar a una menor poder y una alternativa más generalizada a los métodos actuales de recopilación de datos, según los investigadores. El avance puede ofrecer a gran escala, conocimiento prolongado del derretimiento de las capas de hielo y los glaciares, que se encuentran entre las causas dominantes del aumento del nivel del mar que amenazan a las comunidades costeras de todo el mundo.

Un cielo lleno de señales

El radar de penetración de hielo aerotransportado, el medio de corriente principal para recopilar información generalizada sobre el subsuelo polar, implica el vuelo de aviones que contienen un sistema de alta potencia que transmite su propia señal de radar "activa" a través de la capa de hielo. La empresa requiere muchos recursos, sin embargo, y solo brinda información sobre las condiciones en el momento del vuelo.

Por el contrario, La prueba de concepto de los investigadores utiliza un receptor a batería con una antena colocada en el hielo para detectar las ondas de radio del sol mientras viajan hacia la Tierra. a través de la capa de hielo y al subsuelo. En otras palabras, en lugar de transmitir su propia señal, el sistema utiliza ondas de radio naturales que ya viajan desde el sol, un transmisor de propulsión nuclear en el cielo. Si este tipo de sistema fuera completamente miniaturizado y desplegado en extensas redes de sensores, ofrecería una mirada sin precedentes a la evolución subsuperficial de las condiciones polares rápidamente cambiantes de la Tierra, dicen los investigadores.

"Nuestro objetivo es trazar un rumbo para el desarrollo de redes de sensores de bajos recursos que puedan monitorear las condiciones del subsuelo a una escala realmente amplia, "dijo el autor principal del estudio, Sean Peters, quien realizó la investigación para el estudio como estudiante de posgrado en Stanford y ahora trabaja en el Laboratorio Lincoln del MIT. "Eso podría ser un desafío con sensores activos, pero esta técnica pasiva nos da la oportunidad de aprovechar realmente las implementaciones de bajos recursos ".

Una ventaja aleatoria

Además de la luz visible y de otro tipo, el sol emite constantemente ondas de radio a lo largo de un ancho, espectro aleatorio de frecuencias. Los investigadores utilizaron este caos a su favor:registraron un fragmento de la radiactividad del sol, que es como una canción sin fin que nunca se repite, luego escuchó esa firma única en el eco que se crea cuando las ondas de radio solares rebotan en el fondo de una capa de hielo. La medición del retraso entre la grabación original y el eco les permite calcular la distancia entre el receptor de superficie y el piso de la capa de hielo. y por tanto su grosor.

En su prueba en Store Glacier en el oeste de Groenlandia, los investigadores calcularon un tiempo de retardo del eco de aproximadamente 11 microsegundos, que se asigna a un espesor de hielo de aproximadamente 3, 000 pies:una cifra que coincide con las mediciones del mismo sitio registradas por los radares aéreos y terrestres.

"Una cosa es hacer un montón de matemáticas y física y convencerse de que algo debería ser posible; en realidad, es otra cosa ver un eco real desde el fondo de una capa de hielo usando el sol". "dijo el autor principal Dustin Schroeder, profesor asistente de geofísica en la Escuela de la Tierra de Stanford, Energía y Ciencias Ambientales (Stanford Earth).

De Júpiter al sol

La idea de utilizar ondas de radio pasivas para recopilar mediciones geofísicas del espesor del hielo fue propuesta inicialmente por el coautor del estudio Andrew Romero-Wolf. un investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, como una forma de investigar las lunas heladas de Júpiter. Mientras Schroeder y Romero-Wolf trabajaban junto con otros en una misión, quedó claro que las ondas de radio generadas por el propio Júpiter interferirían con sus sistemas de radar activos que penetran en el hielo. En un punto, Romero-Wolf se dio cuenta de que en lugar de una debilidad, Las erráticas emisiones de radio de Júpiter podrían ser una fortaleza, si pudieran convertirse en una fuente para sondear el subsuelo de las lunas.

"Empezamos a discutirlo en el contexto de la luna Europa de Júpiter, pero luego nos dimos cuenta de que también debería funcionar para observar las capas de hielo de la Tierra si reemplazamos Júpiter con el sol, ", Dijo Schroeder.

Desde allí, el equipo de investigación emprendió la tarea de aislar las emisiones de radio ambientales del sol para ver si podía usarse para medir el espesor del hielo. El método implicaba llevar un subconjunto de la banda de radiofrecuencia del sol de 200 a 400 megahertz por encima del ruido de otros cuerpos celestes. procesar cantidades masivas de datos y eliminar las fuentes de electromagnetismo creadas por el hombre, como las estaciones de televisión, Radio FM y equipos electrónicos.

Si bien el sistema solo funciona cuando el sol está sobre el horizonte, la prueba de concepto abre la posibilidad de adaptarse a otras fuentes de radio naturales y artificiales en el futuro. Los coautores también siguen persiguiendo su idea original de aplicar esta técnica a las misiones espaciales aprovechando la energía ambiental emitida por otras fuentes astronómicas como el gigante gaseoso Júpiter.

"Ampliar las fronteras de la tecnología de detección para la investigación planetaria nos ha permitido ampliar las fronteras de la tecnología de detección para el cambio climático, ", Dijo Schroeder." Monitorear las capas de hielo bajo el cambio climático y explorar lunas heladas en los planetas exteriores son entornos de recursos extremadamente bajos en los que realmente es necesario diseñar sensores elegantes que no requieran mucha energía ".