Registran misteriosos estruendos en la estratosfera de la Tierra

(CNN)– Los investigadores enviaron globos solares gigantes a 21.336 metros de altura para grabar sonidos de la estratosfera de la Tierra, y los micrófonos captaron algunos ruidos inesperados.

La estratosfera es la segunda capa de la atmósfera de la Tierra, y su nivel inferior contiene la capa de ozono que absorbe y dispersa la radiación ultravioleta del Sol, según la NASA. El aire delgado y seco de la estratosfera es donde los aviones a reacción y los globos meteorológicos alcanzan su mayor altitud, y la capa atmosférica relativamente tranquila rara vez se ve perturbada por la turbulencia.

Daniel Bowman, científico principal de los Laboratorios Nacionales Sandia en Nuevo México, se inspiró para explorar el paisaje sonoro de la estratosfera después de conocer los sonidos de baja frecuencia generados por los volcanes. Este fenómeno, conocido como infrasonido, es inaudible para el oído humano.

Un globo aerostático alimentado por energía solar de los Laboratorios Nacionales Sandia despega con sensores que incluyen un rastreador GPS y un sensor de infrasonido reutilizable. Crédito: Laboratorios Nacionales Sandia

Bowman y sus amigos ya habían montado cámaras en globos meteorológicos «para fotografiar el cielo negro arriba y la Tierra abajo» y habían construido con éxito su propio globo solar.

Bowman propuso instalar grabadores de infrasonidos en los globos para registrar los sonidos de los volcanes. Pero luego él y su asesor Jonathan Lees, de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, «se dieron cuenta de que nadie había intentado poner micrófonos en los globos estratosféricos en medio siglo, así que pasamos a explorar lo que podría hacer esta nueva plataforma». explicó Bowman. Lees es profesor de Ciencias de la Tierra, Marinas y Ambientales e investiga sismología y vulcanología.

Los globos pueden llevar sensores dos veces más altos que los aviones comerciales.

«En nuestros globos solares hemos registrado explosiones químicas en la superficie y enterradas, truenos, olas rompiendo en el océano, aviones de hélice, sonidos de ciudades, lanzamientos de cohetes suborbitales, terremotos y tal vez incluso trenes de carga y aviones a reacción», explica Bowman por correo electrónico. . «También hemos grabado sonidos cuyo origen no está claro».

Los hallazgos fueron compartidos el jueves en la 184a Reunión de la Sociedad Americana de Acústica en Chicago.

Una grabación compartida por Bowman de un globo de la NASA que voló sobre la Antártida contiene infrasonidos de olas oceánicas rompiendo, que suenan como suspiros continuos. Pero otros crujidos y susurros tienen orígenes desconocidos.

En la estratosfera, «hay misteriosas señales de infrasonido que ocurren algunas veces por hora en algunos vuelos, pero su origen es completamente desconocido», dice Bowman.

construir globos solares

Bowman y sus colaboradores investigaron los globos de la NASA y otros proveedores de vuelos, pero decidieron construir sus propios globos, cada uno de unos 6 a 7 metros de diámetro.

Los suministros se pueden encontrar en ferreterías y tiendas de fuegos artificiales, y los globos se pueden montar en una cancha de baloncesto.

«Cada globo está hecho de plástico de pintor, cinta adhesiva y polvo de carbón», explica Bowman por correo electrónico. «Cuestan alrededor de $ 50 para fabricar y un equipo de dos puede construir uno en aproximadamente 3,5 horas. Simplemente llévelo a un campo en un día soleado y llénelo con aire, y transportará una libra de carga útil a unos 70.000 pies».

El polvo de carbón se usa dentro de los globos para oscurecerlos, y cuando el sol brilla sobre los globos oscuros, el aire dentro de ellos se calienta y se vuelve flotante. El diseño económico y fácil de hacer permite a los investigadores lanzar varios globos para recopilar la mayor cantidad de datos posible.

Esta vista desde uno de los globos aerostáticos solares de los Laboratorios Nacionales Sandia se tomó a una altitud de unos 21 kilómetros sobre la superficie de la Tierra. Crédito: Guide Star Engineering LLC/Sandia National Laboratories

«En realidad, un grupo de estudiantes de secundaria con acceso al gimnasio de la escuela Podría construir un globo solare incluso hay una aplicación para teléfonos móviles llamada RedVox que puede grabar infrasonidos», dijo Bowman.

Bowman estima que lanzó varias docenas de globos solares para recolectar registros de infrasonidos entre 2016 y abril de este año. Los microbarómetros, originalmente diseñados para monitorear volcanes, se adjuntaron a los globos para registrar sonidos de baja frecuencia.

Los investigadores rastrearon sus globos usando GPS, ya que pueden viajar cientos de kilómetros y aterrizar en
lugares inconvenientes.

El vuelo más largo hasta la fecha fue de 44 días a bordo de un globo de helio de la NASA, que registró 19 días de datos antes de que se agotaran las baterías del micrófono. Mientras tanto, los vuelos de globos solares suelen durar unas 14 horas durante el verano y aterrizan una vez que se pone el sol.

desentrañar los sonidos misteriosos

La ventaja del alcance de los globos a gran altura es que los niveles de ruido son más bajos y el rango de detección aumenta, lo que hace que toda la Tierra sea accesible. Pero los globos también representan un desafío para los investigadores. La estratosfera es un ambiente duro, con fluctuaciones drásticas de temperatura entre frío y calor.

«Los globos solares son un poco lentos y hemos estrellado algunos contra los arbustos al intentar lanzarlos», explica Bowman. «Tuvimos que ir a cañones y cruzar montañas para transportar nuestras cargas. Una vez, nuestros colegas del estado de Oklahoma aterrizaron un globo en un campo, se quedaron a pasar la noche y lo relanzaron para volar otro día completo».

Las lecciones aprendidas de múltiples vuelos en globo han facilitado un poco el proceso, pero ahora el mayor desafío para los investigadores es identificar el origen de las señales registradas durante los vuelos.

«Hay muchos vuelos con señales cuyo origen no entendemos», dice Bowman. «Es casi seguro que son mundanos, tal vez un parche de turbulencia, una tormenta severa distante o algún tipo de objeto humano como un tren de carga, pero a veces es difícil saber qué está pasando debido a la falta de datos».

Sarah Albert, geofísica de los Laboratorios Nacionales Sandia, investigó un «canal de sonido», un conducto que transporta sonidos a largas distancias a través de la atmósfera, ubicado en las altitudes que Bowman está estudiando. Su grabaciones han captado lanzamientos de cohetes y otros ruidos no identificados.

Los geofísicos de Sandia National Laboratories (de izquierda a derecha) Daniel Bowman y Sarah Albert muestran un sensor de infrasonidos y el recinto utilizado para proteger los sensores de temperaturas extremas. Crédito: Randy Montoya/Laboratorios Nacionales Sandia

«Podría ser que el sonido quede atrapado en el canal y resuene hasta que se distorsione por completo», explica Bowman. «Pero aún no está claro si está cerca y bastante tranquilo (como un parche de turbulencia) o distante y ruidoso (como una tormenta distante)».

Bowman y Albert continuarán investigando el canal de sonido aéreo e intentarán determinar dónde se originan los ruidos en la estratosfera y por qué algunos vuelos los registran y otros no.

Bowman está ansioso por comprender el paisaje sonoro de la estratosfera y desentrañar características clave como la variabilidad entre estaciones y ubicaciones.

Las versiones llenas de helio de estos globos podrían usarse algún día para explorar otros planetas como Venus, llevando instrumentos científicos por encima o dentro de las nubes del planeta durante unos días como vuelo de prueba para misiones más grandes y complejas.