Fogli di plastica simili a quelli usati per i sacchetti della spazzatura, nastro da imballaggio, qualche stringa, un po' di polvere di carbone e una scatola bianca grande quanto una scatola da scarpe sono più che cianfrusaglie. Queste sono le provviste Danny Bowman, un geofisico dei Laboratori Nazionali Sandia, ha bisogno di costruire una mongolfiera a energia solare per rilevare gli infrasuoni.

Gli infrasuoni sono suoni di frequenze molto basse, sotto i 20 hertz, che è più basso di quanto gli umani possano sentire. Gli elefanti africani producono infrasuoni per la comunicazione a lunga distanza a circa 15 hertz. Per confronto, il ronzio di un calabrone è in genere di 150 hertz e gli umani sentono nell'intervallo da 20 a 20, 000 hertz.

Lo scorso luglio, una flotta di cinque palloni a energia solare ha raggiunto un'altezza di 13-15 miglia, il doppio dei jet commerciali, e ha rilevato gli infrasuoni da un'esplosione di prova. Questo esperimento è stato finanziato dal programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di Sandia. Bowman ha presentato i risultati alla conferenza dell'American Geophysical Union a dicembre. I risultati saranno pubblicati a breve.

Gli infrasuoni sono importanti perché sono una delle tecnologie di verifica che gli Stati Uniti e la comunità internazionale utilizzano per monitorare le esplosioni, compresi quelli causati da test nucleari. Tradizionalmente, gli infrasuoni vengono rilevati da array di sensori a terra, che non coprono l'oceano aperto e possono essere confuse da altri rumori, come il vento. Bowman ha affermato che anche i condizionatori d'aria sono una fonte comune di rumore a infrasuoni.

"La stratosfera è molto meno rumorosa, quindi è possibile rilevare eventi di interesse per la scienza e la sicurezza nazionale da distanze maggiori, " ha detto Bowman. La stratosfera è lo strato atmosferico da circa 5 miglia a 31 miglia dal suolo.

Le mongolfiere economiche volano tutto il giorno

Bowman e la collega geofisica Sarah Albert impiegano tre ore per realizzare una mongolfiera a energia solare, e utilizza circa $ 50 di materiali, escluso il sensore a infrasuoni riutilizzabile o il localizzatore GPS. La polvere di carbone aiuta a riscaldare l'aria all'interno del pallone, fornendo ascensore, senza richiedere gas elio, una risorsa non rinnovabile.

I palloni possono essere lanciati anche in giornate parzialmente nuvolose, disse Alberto. Rimangono nella stratosfera tutto il giorno e scendono dopo il tramonto. Questo "meccanismo di risoluzione garantita" è sia un pro che un contro, disse Bowman.

È un modo infallibile per far cadere i palloncini, i sensori e i dati che hanno raccolto. D'altra parte, voli più lunghi sarebbero utili. Durante l'estate artica, i palloncini potrebbero volare per settimane, ma il team sta anche lavorando a palloni che possano stare in volo di notte.

Per futuri esperimenti, Bowman è interessato a un design a palloncino con un isolante sulla superficie superiore del palloncino e un assorbitore sul fondo, quindi assorbe calore dalla Terra per consentirle di continuare a volare di notte.

Più sensori determinano la posizione

L'aspetto più importante di questo esperimento è che i cinque palloncini hanno formato una serie 3D di sensori, disse Alberto. Un sensore può sentire un suono, ma non può fornire alcuna informazione sulla posizione. Alberto ha detto, "Mia madre è sorda da un orecchio, quindi è difficile per lei dire da dove provenga un suono". Avere due orecchie consente agli animali di determinare la fonte di un suono.

Cinque microfoni in un array, come in questo esperimento o in array di sensori a terra, forniscono le stesse informazioni:la direzione da cui proviene l'onda sonora. I ricercatori coordinano le informazioni provenienti da più array per triangolare la fonte del suono.

Calcolare da dove proviene l'onda sonora può essere una sfida quando ogni sensore nell'array si muove rispetto all'altro e alla sorgente, disse Bowman. Molti algoritmi di calcolo presuppongono sensori stazionari, quindi il team ha dovuto adattarli per includere le informazioni GPS.

Uso futuro nel monitoraggio dei trattati e nell'esplorazione del sistema solare

Bowman ha proposto sensori infrasuoni volanti su palloni come parte della prossima serie del progetto Source Physics Experiment della National Nuclear Security Administration. Questo progetto sviluppa nuovi e migliorati, approcci basati sulla fisica per il monitoraggio delle esplosioni nucleari sotterranee.

Oltre al potenziale monitoraggio dei trattati e agli usi per la sicurezza nazionale, Bowman e Albert sperano di far volare mongolfiere in esperimenti non terrestri.

Bowman sta assistendo un progetto del Jet Propulsion Laboratory della NASA per esplorare la possibilità di utilizzare sensori di infrasuoni su palloni su Venere per ascoltare i terremoti di Venere. Venere è simile alla Terra in massa, ma è geologicamente molto diverso senza un'apparente tettonica a placche.

Un'altra possibilità che il team sta esplorando è il volo di sensori a infrasuoni su Giove. Giove è un gigante gassoso con domande scientifiche aperte sulla sua struttura interna e sulla geologia a cui gli infrasuoni potrebbero aiutare a rispondere. "Siamo ancora lontani decenni da una vera missione, " ha detto Bowman. "Ma sono entusiasta di vedere fino a che punto andrà."

I risultati del precedente test di ricerca di Bowman sui singoli sensori a infrasuoni su palloncini sono stati pubblicati in Lettere di ricerca geofisica e più recentemente in Journal of Geophysical Research:Atmospheres .

Bowman ha detto, "Questa è una nuova area di ricerca davvero entusiasmante. I sensori a infrasuoni a palloncino non sostituiranno mai gli array acustici a terra, ma penso che possa aumentarli. E la cosa più eccitante è volare nelle atmosfere di altri pianeti e cosa possiamo imparare da loro".