Een nieuwe studie toont aan dat microfoons die aan heliumballonnen in de stratosfeer hangen, laagfrequente geluiden van oceaangolven kunnen detecteren. De nieuwe methode is veelbelovend voor het detecteren van akoestische signalen van natuurrampen en nucleaire explosies die niet altijd betrouwbaar kunnen worden gedetecteerd door sensoren op de grond, volgens de auteurs van de studie.

Infrageluid, geluiden met frequenties onder de 20 Hertz, zijn te laag voor mensen om te horen, maar komen uit vele bronnen, inclusief airconditioning units, natuurrampen, onweersbuien en geluiden van walvissen of olifanten. Wetenschappers kunnen infrageluidsensoren op de grond gebruiken om de locatie en grootte van lawines te bepalen, meteorietinslagen en nucleaire explosies, onder andere evenementen.

Maar netwerken van infrageluidmicrofoons op de grond ondervinden vaak interferentie van wind en menselijke bronnen zoals nabijgelegen machines, dammen of bruggen, waardoor het moeilijk is om zwakke infrageluidsignalen van verre bronnen nauwkeurig te detecteren.

De resultaten van het nieuwe onderzoek laten zien dat sensoren in de stratosfeer infrageluidssignalen betrouwbaar kunnen detecteren zonder deze interferentie. Dit zou wetenschappers kunnen helpen de oorsprong van infrageluidsignalen beter te detecteren, volgens de auteurs van de studie.

"Met een sensor op de grond, de wind waait voorbij en creëert turbulentie en veroorzaakt vervorming, maar als je door de wind wordt voortgeduwd, dat maakt helemaal geen geluid omdat je met dezelfde snelheid reist als de lucht om je heen, " zei Daniël Bowman, een geofysicus bij Sandia National Laboratories in Albuquerque, New Mexico, en hoofdauteur van de nieuwe studie in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek :Sferen, een tijdschrift van de American Geophysical Union. "Zelfs als je een windvlaag krijgt, de lucht in de stratosfeer is ongeveer 100 keer minder dicht, dus de kracht die het oplegt is veel minder. Die twee dingen gecombineerd roeien in feite [wind]geruis in de stratosfeer uit, voor zover we kunnen zien."

Microfoons lanceren op ballonnen

Eind jaren veertig, de Amerikaanse regering probeerde ballonsensoren te gebruiken om nucleaire tests en ballistische raketlanceringen te volgen tijdens Project Mogul. Dit project is beter bekend als de oorsprong van het Roswell-incident, waarin aanvankelijk werd gedacht dat ballonafval het resultaat was van een UFO-crash. In het begin van de jaren zestig, een wetenschapper aan de Universiteit van Michigan voerde meerdere ballonvluchten uit om te meten hoeveel infrageluid er vanuit de stratosfeer te horen was, maar deze resultaten zijn niet goed gedocumenteerd. Sindsdien is er weinig tot geen onderzoek gedaan naar infrageluidsensoren via ballonnen, volgens Bowman.

"Er was 50 jaar niets, en anno 2014, mijn adviseur en ik plaatsten een microfoon op een ballon in New Mexico als onderdeel van een studentenproject en begonnen infrageluid uit deze omgeving op te nemen, " zei Bowman. "We realiseerden ons te laat dat we echt de eersten waren die het in een hele tijd deden."

In de nieuwe studie Bowman en zijn collega's droegen infrageluidsladingen bij aan het NASA High Altitude Student Platform (HASP), een jaarlijks programma dat studententeams de mogelijkheid geeft om experimenten uit te voeren op langdurige vluchten in de stratosfeer. Tijdens de vluchten 2014-2015 boven Arizona en New Mexico, waarin HASP-ballonnen werden uitgerust met microfoons, ze detecteerden voor het eerst microbaromsignalen in de stratosfeer, zei Boogman.

De auteurs van het onderzoek vergeleken microbaroms die werden gedetecteerd door hun stratosferische sensoren met signalen van sensoren op de grond. Ze ontdekten dat de stratosferische sensoren extra microbaroms konden detecteren en minder achtergrondgeluid oppikten dan grondsensoren. Terwijl de nieuwe studie alleen de opnames van een handvol vluchten onderzocht, de resultaten geven aan dat sensoren in ballonnen een veelbelovende methode zijn voor het detecteren van ander infrageluid, zoals die van natuurrampen of nucleaire explosies, zei Boogman.

De detectoren kunnen worden gebruikt om infrageluid gegenereerd door kernwapens te monitoren en kunnen helpen bij het afdwingen van kernwapenverboden, zei Boogman. Infrageluidsensoren met ballon kunnen ook worden gebruikt om infrageluid in de atmosfeer van een gasvormige planeet te detecteren, wat wetenschappers zou kunnen helpen meer te weten te komen over het binnenste van die planeet en fenomenen in de atmosfeer, zoals meteoorinslagen en donder, zei Boogman.

Verder onderzoek is nodig om de sensoren in de lucht te verbeteren, zei Boogman. Onderzoekers moeten zorgvuldig de hoogte en tijd van het jaar kiezen voor de vlucht van de ballon om ervoor te zorgen dat deze over het gewenste gebied reist. Omdat de detectoren met de wind meebewegen, onderzoekers kunnen alleen zien of het geluid van boven of onder de sensor komt, en kan niet de exacte richting bepalen waar een infrageluid vandaan komt.

Hoewel er meer onderzoek nodig is om een ​​aantal van deze problemen op te lossen, Bowman zei dat de eerste vluchten die in het nieuwe artikel worden besproken, aangeven dat de methode potentieel heeft voor verdere ontwikkeling.

"We zullen nooit grondnetwerken vervangen, maar ik denk dat we ze enorm kunnen vergroten, " zei Bowman. "Ik denk ook dat dit echt de mogelijkheid van planetaire akoestiek tot realisatie brengt, wat enorm spannend is. Ik denk dat we in de toekomst heel spannende dingen gaan zien."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan AGU Blogs (http://blogs.agu.org), een gemeenschap van blogs over aarde en ruimtewetenschap, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.