Al otro lado del campus del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty, los científicos están explorando volcanes submarinos, monitorear la erosión costera a lo largo de las costas de difícil acceso, y estudiar el movimiento del hielo marino, todo en tiempo real. Al cargar drones con instrumentos de alta tecnología y usar satélites y cables submarinos que interactúan con sensores en algunos de los lugares más remotos de la Tierra, están descubriendo los secretos de nuestro planeta.

"La observación de la Tierra en tiempo real cambiará la forma en que se hace la ciencia en los próximos 10 a 20 años, "dijo Tim Crone, un geofísico marino que codirige una iniciativa del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty para ampliar la frontera de los datos en tiempo real sobre el planeta. "Estamos al borde de un nuevo tipo de ciencia, y la tecnología nos brinda la oportunidad de hacer cosas increíbles ".

Lamont es una de las pocas instalaciones de investigación del mundo donde los científicos están poniendo todo tipo de plataformas científicas, del fondo marino al espacio, para utilizar en el análisis de datos en tiempo real. Los datos provienen de matrices cableadas que cruzan el fondo del mar, vehículos submarinos, y laboratorios aéreos tan grandes como aviones y tan pequeños como drones. Los satélites están transmitiendo datos de sensores marinos que monitorean la química y las corrientes oceánicas en todo el mundo.

Esas mediciones en tiempo real están impulsando avances en las ciencias a medida que verifican modelos informáticos y revelan cambios inesperados.

El laboratorio de drones abre nuevos paisajes a la ciencia

En el Ártico El oceanógrafo Christopher Zappa ha estado rediseñando instrumentos que normalmente se encuentran a bordo de barcos de investigación o aviones y los ha colocado en drones que vuela a baja altura sobre el hielo marino. El alcance de los drones le permite expandir su área de estudio y evitar la interferencia del calor y el movimiento de un barco. al mismo tiempo que reduce significativamente los costos. El resultado son datos inigualables sobre la topografía y el movimiento del hielo marino y nuevos conocimientos sobre cómo se rompe el hielo marino y cómo la atmósfera y el océano se afectan entre sí.

"Los UAS (sistemas aéreos no tripulados) están donde estaban los vehículos submarinos autónomos y operados a distancia hace 20 años. Tenías estas grandes plataformas, pero los científicos apenas estaban empezando a entender cómo usarlos, "Dijo Zappa." Hoy, hay vehículos submarinos en todas partes de los océanos del mundo. Lo que le faltaba a los UAS es la capacidad de poner instrumentación de calidad científica en la carga útil. Para hacer algo realmente de grado científico se requiere una ingeniería significativa ".

Zappa, co-líder de la iniciativa Real-Time Earth con Crone y el oceanógrafo físico Ryan Abernathey, está ampliando esa capacidad de ingeniería en Lamont a través de su laboratorio de UAS, que diseña cargas útiles de alta tecnología con imágenes hiperespectrales, lidar, cámaras infrarrojas térmicas, y otros sensores para misiones científicas.

Los drones científicos vienen en todos los tamaños, desde helicópteros ligeros que puedes lanzar desde tu mano hasta drones de ala fija del tamaño de aviones pequeños. Los cuadricópteros pequeños no pueden llevar mucho más que una cámara, pero les están dando a los vulcanólogos Einat Lev y Elise Rumpf la capacidad de mapear los flujos de lava y mirar dentro de las calderas. Alessio Rovere pone a trabajar pequeños drones monitoreando la erosión costera y el blanqueamiento de los corales. Si bien los satélites pueden proporcionar primeros planos, su frecuencia de paso, cobertura, y la recopilación de datos es limitada, y las nubes a menudo obstruyen la vista. Con drones Rovere, un geólogo, puede acercarse a tramos de costa de difícil acceso sin perturbar la tierra.

Zappa, cuyo trabajo sobre el hielo marino se basa en instrumentos más sofisticados, utiliza drones de ala fija más grandes con navegación GPS pilotada automáticamente y de 10 a 20 horas de vuelo. Con cargas útiles del tamaño de una pelota de fútbol, Zappa puede volar sistemas de imágenes hiperespectrales que utilizan ondas de luz para inferir de qué está hecho un objeto o cómo fluye la energía. Puede examinar las algas en el agua y cómo afectan el balance de calor de la superficie, por ejemplo. Otra carga útil arroja boyas que perfilan la atmósfera y miden la temperatura y la salinidad del océano.

"Los UAS permiten a los científicos acercarse a un glaciar, algo que normalmente no harías con un barco. Si quieres mirar una región costera, puede volar transectos de forma rutinaria a través de la zona de surf, "Dijo Zappa.

A medida que bajan los costos, Los drones incluso podrían volar hacia los huracanes para recopilar datos en tiempo real sobre la altura de las olas, impulso, Y calor, él dijo.

Datos en tiempo real de las profundidades

En los océanos Los científicos de Lamont están utilizando vehículos submarinos autónomos y remotos para explorar el fondo marino y medir el entorno marino.

Zappa es partidario de los drifters que funcionan con energía solar que se conectan a sensores en el lecho marino o en la columna de agua y pueden telemeter datos a satélites para monitoreo en tiempo real. Grupo de geofísica polar de Robin Bell, que construyó el IcePod para mapear la plataforma de hielo Ross de la Antártida desde el aire, despliega boyas para el monitoreo en tiempo real de la temperatura del agua, salinidad, y corrientes alrededor de los bordes de las plataformas de hielo.

Crone ha pasado gran parte de su carrera desarrollando instrumentación para un tipo diferente de sistema de teledetección:un observatorio del fondo marino con un cable de fibra óptica que recorre 300 millas desde la costa de Oregón hasta una serie de sensores. Los sensores ahora están enviando observaciones en tiempo real desde Axial Seamount, un volcán submarino en una cresta oceánica donde se está creando un nuevo fondo oceánico. La geofísica marina Maya Tolstoi utilizó los datos en tiempo real para estudiar una erupción de 2015 allí, comenzando con un aumento en los terremotos antes de la erupción y monitoreando cómo la energía de la erupción se movía a través del agua.

Procesando ríos de datos

Todos estos datos entrantes aumentan la demanda de potencia informática y de formas inteligentes de procesarlos y archivarlos.

La Alianza Interdisciplinaria de Datos de la Tierra (IEDA), dirigido por Kerstin Lehnert y Suzanne Carbotte en Lamont, juega un papel crucial al almacenar datos científicos de científicos de todo el mundo y hacer que los datos estén ampliamente disponibles junto con herramientas para el análisis. Abernathey, mientras tanto, está trabajando en formas de mejorar la arquitectura del sistema de datos y establecer capacidades informáticas de alto rendimiento adaptadas a las necesidades de datos de Lamont.

"Estas plataformas se utilizarán para experimentos en los próximos años que no podemos imaginar hoy, "Crone dijo." Lo mismo ocurre con Internet y los satélites que pueden conectarnos. Se trata de tener un problema que resolver construir el sensor o dispositivo, conectarlo a una plataforma o red, y traer datos para comenzar a resolver ese problema ".

"Este es el futuro, "Dijo Crone.

Esta es también la herencia de Lamont. Lamont se basó en la visión del fundador Maurice "Doc" Ewing de la recopilación constante de datos y el intercambio de datos abiertos para potenciar la investigación y los descubrimientos globales. Si los científicos de Ewing no tuvieran la tecnología que necesitaban, lo construyeron ellos mismos.

Mientras los científicos-ingenieros de Lamont continúan empujando las fronteras de la ciencia, la Iniciativa de la Tierra en Tiempo Real está llevando el acceso a los datos a nuevos niveles. "La ciencia de todos mejorará con esto, "Crone dijo, "porque todos podrán aprovechar la construcción de nuevos sistemas para observar la Tierra".