Alcune grandi idee nascono da anni di minuziose ricerche. Altri sono tratti dalla trama del film "Twister".

Quest'ultimo è come Paul Markowski, professore di meteorologia, e Yvette Richardson, professore di meteorologia e decano associato per l'istruzione universitaria, Penn State College of Earth and Mineral Sciences, impostare una rotta per creare e lanciare sonde in tempeste a, come dicono, "rivoluziona la nostra comprensione di come si formano i tornado."

In "Twister, " Le sonde vengono lanciate in una tempesta utilizzando il controllo della velocità di crociera per guidare un camion pieno di sensori in un tornado. Ricercatori della Penn State, cercando di colmare un vuoto nei dati termodinamici catturati dentro e intorno alle tempeste, iniziato a cercare modi per ideare qualcosa di simile.

Usando un paio di palloncini ad elio, Scott Richardson, ricercatore senior in meteorologia e scienze atmosferiche, ha ideato un sistema di consegna a basso costo per le sonde disponibili in commercio. La sonda da 13 grammi utilizza due palloni per raggiungere l'altitudine prima che un pallone venga scaricato a distanza, permettendo la sonda, trasportato dal pallone rimanente, alla deriva con i venti.

Ogni dispositivo è in grado di misurare la temperatura, umidità, pressione e posizione GPS in tempo reale. I ricercatori sono in grado di tracciare fino a 34 sonde, anche se quel numero aumenta a centinaia nel prototipo di sonda più recente.

"In 'Twister, ' le sonde sono state fatte levitare da un tornado, " ha detto Markowski. "Facciamo semplicemente galleggiare le sonde dal suolo e il campo di vento interno della tempesta le attira. Se hai il giusto tipo di tempesta e lanci da un'area ragionevole, è difficile da perdere."

A maggio, Markowski e Yvette Richardson, armato con dozzine di sonde e tre serbatoi di elio da 175 libbre legati al pavimento di un furgone passeggeri, trascorso una settimana viaggiando 2, 200 miglia, a caccia di tempeste nelle Grandi Pianure per testare i dispositivi. Là, hanno avuto diversi lanci di successo in tempeste di supercelle, il più probabile precursore di un tornado, compresi i lanci vicino a Mannsville, Oklahoma, e Gove City, Kansas, , dove più di 20 sonde hanno attraversato ciascuna delle tempeste per circa 90 minuti, raccogliere dati che in precedenza erano stati stimati solo utilizzando la modellazione al computer.

"Ci sarebbe piaciuto aver volato di più, ma questo è quanto avremmo potuto gonfiare in quel periodo di tempo, " Markowski ha detto. "Siamo stati fortunati che la tempesta si muovesse lentamente".

Mentre Markowski e Yvette Richardson riempivano e legavano in fretta i palloncini alle sonde a circa tre minuti a clip, tra pioggia e forte vento in un campo, avevano un pensiero ricorrente mentre i dispositivi si sollevavano verso il cielo:funzionerà anche questo?

"Anche se avevamo pianificato in anticipo il più possibile, c'era il rischio che non funzionasse, ", ha detto Yvette Richardson.

Ma ha funzionato. Calcoli per determinare i migliori punti di lancio, fatto a Penn State da Shawn Murdzek, un ricercatore universitario, si è dimostrato efficace e le sonde sono state disperse in modo efficiente e uniforme.

Con radar, i meteorologi hanno una visione ampia del campo eolico di una tempesta, ma sanno poco di come le forze associate alla temperatura e alla pressione possano cambiare quel vento. Questa ricerca mira a spiegare perché i venti si evolvono e cosa causa la formazione di tornado.

"I radar ci danno cosa stanno facendo i venti e queste sonde ci dicono come appare l'andamento della temperatura in relazione al vento, "Ha detto Yvette Richardson.

Il prossimo passo sarà quello di collegare i nuovi dati di temperatura con i dati del vento radar per iniziare la ricerca di modelli. Conoscere questa relazione potrebbe aiutare i meteorologi a prevedere meglio se una tempesta di supercelle si trasformerà in un tornado.

"Conoscere la termodinamica all'interno di una tempesta ci aiuta a valutare le nostre teorie su come si formano i tornado, "Yvette Richardson ha detto. "In questo momento, sono tutti basati sulle nostre ipotesi su come appariranno da modelli numerici o da osservazioni che abbiamo da auto che girano sotto una tempesta. Sappiamo come la temperatura varia lungo il suolo ma non al di sopra. Questa ricerca aggiunge quell'anello mancante".

Ora che sanno che funziona, il passo successivo è alzare la posta.

I ricercatori stanno lavorando con un'azienda che sta sviluppando un prototipo molto più leggero, che ridurrà le dimensioni dei palloncini, riducendo i tempi di riempimento e aumentando la probabilità che vengano risucchiati da un temporale. Altre opzioni, come palloncini che possono essere gonfiati in anticipo, sono anche perseguiti.

Presto Markowski e Yvette Richardson torneranno nelle Grandi Pianure con più mani e le sonde aggiornate.

"Vogliamo davvero portare i nostri studenti là fuori. Sarebbe fantastico per loro e darci anche più mani, " Markowski ha detto. "Penso che sentirete molto parlare di questo nei prossimi cinque anni. Ci piacciono le tendenze. Accendino, più piccoli, più sonde che possono essere tracciate. Davvero tutte le stelle si stanno allineando per ottenere miglioramenti nella nostra comprensione di tempeste e tornado".

All'inizio, Markowski e Yvette Richardson sognavano sforzi per fornire sonde alle tempeste. Nelle prime fasi dell'impresa, hanno collaborato con Jack Langelaan, professore associato di ingegneria aerospaziale, e dottorando in ingegneria aerospaziale John Bird, usare i razzi per rilasciare sonde paracadutate che potrebbero essere trascinate nelle tempeste. Il team comprendeva anche Mike Hickner, che aveva il compito di migliorare la biodegradabilità delle sonde, diminuendo l'impatto ambientale.

Nella loro ricerca di questo sistema di consegna ad alta tecnologia, Markowski e Yvette Richardson hanno iniziato a cercare opzioni che potessero far decollare la loro ricerca. Dopo anni di brainstorming, l'approccio a due palloncini è emerso come la soluzione più pronta per il campo. Però, molti degli obiettivi della collaborazione originaria, come la creazione di dispositivi biodegradabili a basso costo, rimanere.

"In definitiva, la comprensione è necessaria per rendere migliori gli avvertimenti al pubblico, " ha detto Markowski. "Per migliorare gli avvertimenti, hai bisogno di un miglioramento della tecnologia, un miglioramento della comprensione di base, o entrambi. Gli scienziati di solito si occupano di migliorare la comprensione piuttosto che migliorare la tecnologia, ma questo progetto che coinvolge sia scienziati che ingegneri ci ha dato la possibilità di fare entrambe le cose".