Láminas de plástico similares a las que se utilizan para las bolsas de basura, cinta de embalaje, algo de cuerda, un poco de polvo de carbón y una caja blanca del tamaño de una caja de zapatos son algo más que un desorden. Estos son los suministros Danny Bowman, un geofísico de Sandia National Laboratories, necesita construir un globo de aire caliente con energía solar para detectar infrasonidos.

El infrasonido es un sonido de muy bajas frecuencias, por debajo de 20 hercios, que es más bajo de lo que los humanos pueden oír. Los elefantes africanos producen infrasonidos para comunicaciones de larga distancia a alrededor de 15 hercios. Para comparacion, el zumbido de un abejorro es típicamente de 150 hercios y los humanos lo escuchan en el rango de 20 a 20, 000 hercios.

Julio pasado, una flota de cinco globos con energía solar alcanzó una altura de 13 a 15 millas, dos veces más alto que los aviones comerciales, y detectó el infrasonido de una explosión de prueba. Este experimento fue financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de Sandia. Bowman presentó los resultados en la conferencia de la American Geophysical Union en diciembre. Los resultados se publicarán próximamente.

El infrasonido es importante porque es una de las tecnologías de verificación que los EE. UU. Y la comunidad internacional utilizan para monitorear explosiones. incluidos los causados ​​por ensayos nucleares. Tradicionalmente, el infrasonido es detectado por matrices de sensores terrestres, que no cubren el océano abierto y pueden confundirse con otros ruidos, como el viento. Bowman dijo que los acondicionadores de aire también son una fuente común de ruido infrasónico.

"La estratosfera es mucho menos ruidosa, por lo que puede detectar eventos de interés para la ciencia y la seguridad nacional desde mayores distancias, ", dijo Bowman. La estratosfera es la capa atmosférica de aproximadamente 5 millas a 50 millas sobre el suelo.

Globos aerostáticos económicos vuelan todo el día.

Bowman y su compañera geofísica Sarah Albert necesitan tres horas para hacer un globo de aire caliente con energía solar, y utiliza materiales por valor de 50 dólares, sin incluir el sensor de infrasonido reutilizable o el rastreador GPS. El polvo de carbón ayuda a calentar el aire dentro del globo, proporcionar elevación, sin requerir gas helio, un recurso no renovable.

Los globos incluso se pueden lanzar en días parcialmente nublados, dijo Albert. Permanecen en la estratosfera todo el día y bajan después de que se pone el sol. Este "mecanismo de rescisión garantizada" es a la vez un pros y un contra, dijo Bowman.

Es una forma infalible de derribar los globos los sensores y los datos que han recopilado. Por otra parte, los vuelos más largos serían útiles. Durante el verano ártico, los globos podrían volar durante semanas, pero el equipo también está trabajando en globos que pueden permanecer en el aire durante la noche.

Para experimentos futuros, Bowman está interesado en un diseño de globo con un aislante en la superficie superior del globo y un absorbedor en la parte inferior. por lo que absorbe el calor de la Tierra para permitirle seguir volando por la noche.

Múltiples sensores determinan la ubicación

El aspecto más importante de este experimento es que los cinco globos formaron una matriz tridimensional de sensores, dijo Albert. Un sensor puede escuchar un sonido, pero no puede proporcionar ninguna información de ubicación. Albert dijo, "Mi mamá es sorda de un oído, por lo que es difícil para ella saber de dónde viene un sonido". Tener dos orejas permite a los animales determinar la fuente de un sonido.

Cinco micrófonos en una matriz, como en este experimento o matrices de sensores terrestres, proporcionan la misma información:la dirección de la que proviene la onda de sonido. Los investigadores coordinan la información de varias matrices para triangular la fuente del sonido.

Calcular de dónde proviene la onda de sonido puede ser un desafío cuando cada sensor de la matriz se mueve entre sí y con la fuente. dijo Bowman. Muchos algoritmos computacionales asumen sensores estacionarios, por lo que el equipo necesitaba adaptarlos para incluir información de GPS.

Uso futuro en la vigilancia de tratados y la exploración del sistema solar

Bowman ha propuesto sensores de infrasonido transportados por globos voladores como parte de la próxima serie del proyecto Experimento de Física de Origen de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear. Este proyecto desarrolla nuevos y mejorados, enfoques basados ​​en la física para el seguimiento de explosiones nucleares subterráneas.

Además de los posibles usos de seguimiento de tratados y seguridad nacional, Bowman y Albert esperan volar globos aerostáticos en experimentos no terrestres.

Bowman está ayudando a un proyecto del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA para explorar la posibilidad de usar sensores de infrasonido transportados por globos en Venus para escuchar los terremotos de Venus. Venus es similar a la Tierra en masa, pero es geológicamente muy diferente sin tectónica de placas aparente.

Otra posibilidad que el equipo está explorando es volar sensores de infrasonido en Júpiter. Júpiter es un gigante gaseoso con preguntas científicas abiertas sobre su estructura interna y geología que el infrasonido podría ayudar a responder. "Todavía estamos a décadas de una misión real, ", dijo Bowman." Pero estoy emocionado de ver hasta dónde llegará ".

Los resultados de la prueba de investigación anterior de Bowman que volaba sensores de infrasonido individuales en globos se publicaron en Cartas de investigación geofísica y más recientemente en Journal of Geophysical Research:Atmósferas .

Bowman dijo:"Esta es una nueva área de investigación realmente emocionante. Los sensores de infrasonido transportados por globos nunca reemplazarán las matrices acústicas terrestres, pero creo que puede aumentarlos. Y lo más emocionante es volar en las atmósferas de otros planetas y lo que podemos aprender de ellos ".