Platen van plastic vergelijkbaar met die gebruikt voor vuilniszakken, verpakkingstape, wat touw, een beetje houtskoolstof en een witte doos ter grootte van een schoenendoos zijn meer dan prullaria. Dit zijn de benodigdheden, Danny Bowman, een geofysicus van Sandia National Laboratories, moet een heteluchtballon op zonne-energie bouwen voor het detecteren van infrageluid.

Infrageluid is geluid van zeer lage frequenties, onder de 20 hertz, die lager is dan mensen kunnen horen. Afrikaanse olifanten produceren infrageluid voor communicatie over lange afstand bij ongeveer 15 hertz. Ter vergelijking, het gezoem van een hommel is typisch 150 hertz en mensen horen in het bereik van 20 tot 20, 000 hertz.

Afgelopen juli, een vloot van vijf ballonnen op zonne-energie bereikte een hoogte van 13 tot 25 mijl, twee keer zo hoog als commerciële vliegtuigen, en detecteerde het infrageluid van een testexplosie. Dit experiment werd gefinancierd door Sandia's Laboratory Directed Research and Development-programma. Bowman presenteerde de resultaten in december op de American Geophysical Union-conferentie. De resultaten worden binnenkort gepubliceerd.

Infrageluid is belangrijk omdat het een van de verificatietechnologieën is die de VS en de internationale gemeenschap gebruiken om explosies te monitoren, inclusief die veroorzaakt door kernproeven. traditioneel, infrageluid wordt gedetecteerd door op de grond gebaseerde sensorarrays, die de open oceaan niet bedekken en vertroebeld kunnen worden door andere geluiden, zoals de wind. Bowman zei dat airconditioners ook een veelvoorkomende bron van infrageluidsgeluid zijn.

"De stratosfeer is veel minder lawaaierig, dus je kunt gebeurtenissen die van belang zijn voor de wetenschap en de nationale veiligheid op grotere afstanden detecteren, " zei Bowman. De stratosfeer is de atmosferische laag van ongeveer 5 mijl tot 50 mijl boven de grond.

Voordelige heteluchtballonnen vliegen de hele dag

Bowman en collega-geofysicus Sarah Albert hebben drie uur nodig om een ​​heteluchtballon op zonne-energie te maken, en gebruikt ongeveer $ 50 aan materialen, exclusief de herbruikbare infrageluidsensor of GPS-tracker. Het houtskoolstof helpt de lucht in de ballon op te warmen, lift voorzien, zonder dat heliumgas nodig is, een niet-hernieuwbare hulpbron.

De ballonnen kunnen zelfs op halfbewolkte dagen worden gelanceerd, zei Albert. Ze blijven de hele dag in de stratosfeer en komen naar beneden nadat de zon ondergaat. Dit "gegarandeerde beëindigingsmechanisme" is zowel een voor- als een nadeel, zei Boeman.

Het is een onfeilbare manier om de ballonnen neer te halen, de sensoren en de gegevens die ze hebben verzameld. Anderzijds, langere vluchten zou handig zijn. Tijdens de Arctische zomer, de ballonnen konden wekenlang vliegen, maar het team werkt ook aan ballonnen die 's nachts in de lucht kunnen blijven.

Voor toekomstige experimenten, Bowman is geïnteresseerd in een ballonontwerp met een isolator aan de bovenkant van de ballon en een absorber aan de onderkant, dus absorbeert het warmte van de aarde zodat het 's nachts kan blijven vliegen.

Meerdere sensoren bepalen locatie

Het belangrijkste aspect van dit experiment is dat de vijf ballonnen een 3D-reeks sensoren vormden, zei Albert. Eén sensor kan een geluid horen, maar kan geen locatiegegevens verstrekken. Albert zei, "Mijn moeder is doof aan één oor, dus het is moeilijk voor haar om te zien waar een geluid vandaan komt." Met twee oren kunnen dieren de bron van een geluid bepalen.

Vijf microfoons in een array, zoals in dit experiment of op grond gebaseerde sensorarrays, bieden dezelfde informatie - de richting waaruit de geluidsgolf komt. Onderzoekers coördineren de informatie van meerdere arrays om de bron van het geluid te trianguleren.

Berekenen waar de geluidsgolf vandaan komt kan een uitdaging zijn wanneer elke sensor in de array beweegt ten opzichte van elkaar en de bron, zei Boeman. Veel computationele algoritmen gaan uit van stationaire sensoren, dus het team moest ze aanpassen om GPS-informatie op te nemen.

Toekomstig gebruik bij verdragsbewaking en verkenning van het zonnestelsel

Bowman heeft infrageluidsensoren met vliegende ballon voorgesteld als onderdeel van de volgende reeks van het Source Physics Experiment-project van de National Nuclear Security Administration. Dit project ontwikkelt nieuwe en verbeterde, op fysica gebaseerde benaderingen voor het bewaken van ondergrondse nucleaire explosies.

Naast mogelijke verdragscontrole en gebruik van nationale veiligheid, Bowman en Albert hopen met heteluchtballonnen te vliegen in niet-terrestrische experimenten.

Bowman assisteert een NASA Jet Propulsion Laboratory-project om de mogelijkheid te onderzoeken om infrageluidsensoren met ballon op Venus te gebruiken om te luisteren naar Venus-bevingen. Venus lijkt qua massa op de aarde, maar is geologisch heel anders zonder duidelijke platentektoniek.

Een andere mogelijkheid die het team onderzoekt, is het vliegen met infrageluidsensoren op Jupiter. Jupiter is een gasreus met open wetenschappelijke vragen over de interne structuur en geologie die infrageluid zou kunnen helpen beantwoorden. "We zijn nog tientallen jaren verwijderd van een echte missie, "zei Bowman. "Maar ik ben opgewonden om te zien hoe ver het zal gaan."

De resultaten van Bowman's eerdere onderzoekstest met individuele infrageluidsensoren op ballonnen werden gepubliceerd in: Geofysische onderzoeksbrieven en meer recent in Journal of Geophysical Research:Atmosferen .

Bowman zei, "Dit is een heel opwindend nieuw onderzoeksgebied. Infrageluidsensoren op de grond zullen nooit akoestische arrays op de grond vervangen, maar ik denk dat het ze kan vergroten. En het meest opwindende is vliegen in de atmosferen van andere planeten en wat we daarvan kunnen leren."