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Des ballons solaires géants ont été envoyés à 70 000 pieds dans les airs pour enregistrer les sons de la stratosphère terrestre – et des microphones ont capté des sons inattendus.
La stratosphère est la deuxième couche de l’atmosphère terrestre, et à son niveau inférieur se trouve la couche d’ozone, qui absorbe et diffuse le rayonnement ultraviolet du soleil, selon la NASA. L’air mince et sec de la stratosphère, où les avions à réaction et les ballons météorologiques atteignent leur altitude maximale, est une couche atmosphérique relativement calme rarement perturbée par la turbulence.
Daniel Bowman, scientifique principal au Sandia National Laboratory au Nouveau-Mexique, a été attiré par l’exploration du paysage sonore de la stratosphère après avoir été initié aux sons à basse fréquence produits par les volcans à l’université. Ce phénomène, appelé infrason, est inaudible pour l’oreille humaine.
Bowman et ses amis avaient déjà installé des caméras sur des ballons météorologiques pour « prendre des photos du ciel noir au-dessus et de la terre bien en dessous » et ont construit avec succès leur propre ballon solaire.
Il a proposé de fixer des enregistreurs infrarouges sur des ballons pour enregistrer les sons des volcans. Mais ensuite, lui et son conseiller, Jonathan Lees de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, « ont réalisé que personne n’avait essayé de mettre des microphones dans des ballons stratosphériques depuis un demi-siècle, alors nous avons avancé pour explorer ce que cette nouvelle plate-forme pouvait faire, « , a déclaré Bowman. Lees est professeur de sciences de la terre, des océans et de l’environnement qui mène des recherches en sismologie et en volcanologie.
Les ballons peuvent capter des capteurs deux fois plus vite que les jets commerciaux.
« Dans nos ballons solaires, nous avons enregistré des explosions chimiques, du tonnerre, des vagues océaniques qui s’écrasent, des avions à hélices, des sons de la ville, des lancements de fusées auxiliaires, des tremblements de terre, des trains de marchandises et des avions à réaction », a déclaré Bowman par e-mail. « Nous avons enregistré des sons, et son origine n’est pas claire. »
Les conclusions ont été partagées jeudi 184e réunion de l’Acoustical Society of America, Chicago.
Dans un enregistrement partagé par Bowman à partir d’un ballon de la NASA en orbite autour de l’Antarctique, l’infrason des vagues océaniques qui s’écrasent ressemble à un soupir continu. Mais d’autres explosions et grondements sont d’origine inconnue.
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Bowman a déclaré que dans la stratosphère, « certains avions ont de mystérieux signaux infrarouges quelques fois par heure, mais la source de ceux-ci est complètement inconnue ».
Bowman et ses collaborateurs ont mené la recherche en utilisant des ballons de la NASA et d’autres fournisseurs d’aviation, mais ils ont décidé de construire leurs propres ballons, chacun d’environ 19,7 à 23 pieds (6 à 7 mètres) de diamètre.
Les matériaux peuvent être trouvés dans les quincailleries et les magasins de fournitures pyrotechniques, et les ballons peuvent être assemblés sur le terrain de basket.
« Chaque ballon est fait de plastique de peintre, de ruban adhésif d’expédition et de poussière de charbon de bois », a déclaré Bowman par e-mail. « Ils coûtent environ 50 $ à fabriquer, et une équipe de deux hommes peut en construire un en 3,5 heures. Si vous l’amenez dans un champ par une journée ensoleillée et le remplissez d’air, il peut transporter une charge utile d’une livre à environ 70 000 pieds.
La poussière de charbon de bois est utilisée à l’intérieur des ballons pour les assombrir, et lorsque la lumière du soleil frappe les ballons assombris, l’air à l’intérieur se réchauffe et flotte. La conception de bricolage bon marché et facile signifie que les chercheurs peuvent libérer plusieurs ballons pour collecter autant de données que possible.
Mentor Star Engineering LLC/Laboratoires nationaux de Sandia
Cette vue de l’un des ballons à air chaud à énergie solaire des Sandia National Laboratories a été prise à environ 21 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.
« Essentiellement, un groupe d’élèves du secondaire ayant accès à un gymnase scolaire Un ballon solaire peut être fabriquéEt il existe même une application pour téléphone portable appelée RedVox qui peut enregistrer les infrasons », a déclaré Bowman.
Bowman estime qu’il a lancé plusieurs dizaines de ballons solaires pour collecter des enregistrements d’infrasons de 2016 à avril de cette année. Des microbaromètres, conçus à l’origine pour surveiller les volcans, étaient attachés à des ballons pour enregistrer les sons à basse fréquence.
Les chercheurs ont suivi leurs ballons avec le GPS alors qu’ils parcouraient des centaines de kilomètres et atterrissaient dans des endroits peu pratiques.
Le vol le plus long à ce jour sur un ballon à hélium de la NASA a duré 44 jours, enregistrant 19 jours de données avant que les piles du microphone ne meurent. Pendant ce temps, les vols en ballon solaire durent environ 14 heures en été et atterrissent après le coucher du soleil.
01:22 – Source : CNN
Une nouvelle façon de découvrir les merveilles de l’univers
L’avantage de la haute altitude atteinte par les ballons est que le niveau de bruit est faible et que la portée de détection est augmentée – et que la Terre entière est accessible. Mais les ballons présentent des défis pour les chercheurs. La stratosphère est un environnement hostile avec des fluctuations sauvages de température entre le chaud et le froid.
« Les ballons solaires sont un peu fragiles, et nous en avons détruit quelques-uns dans les buissons en essayant de les lancer », a déclaré Bowman. « Nous avons dû descendre à travers des vallées et des montagnes pour récupérer nos charges utiles. Une fois, nos collègues de l’État de l’Oklahoma ont fait atterrir un ballon dans un champ, y ont passé la nuit, puis l’ont relancé dans les airs pour voler à nouveau toute la journée !
Les leçons tirées de nombreux vols en ballon ont rendu le processus un peu plus facile, mais maintenant le plus grand défi pour les chercheurs est d’identifier les signaux enregistrés pendant les vols.
« Il y a tellement d’avions avec des signaux dont nous ne comprenons pas l’origine », a déclaré Bowman. « Ils sont certainement banals – peut-être des turbulences, une violente tempête lointaine ou une sorte de facteur humain – comme un train de marchandises – mais il est parfois difficile de dire ce qui se passe parce qu’il n’y a pas de données là-bas. »
Sarah Albert, géophysicienne aux Sandia National Laboratories, a étudié un « canal du son » – une voie à travers l’atmosphère qui transporte les sons sur de grandes distances – à l’altitude que Bowman étudie. son Records capturent les lancements de fusées et autres grondements non identifiés.
Randy Montoya/Laboratoires nationaux de Sandia
Les géophysiciens du Sandia National Laboratories (de gauche à droite) Daniel Bowman et Sarah Albert montrent le capteur infrarouge et l’enceinte utilisée pour protéger les capteurs des températures extrêmes.
« Le son reste coincé dans le canal et se répercute jusqu’à ce qu’il soit complètement déformé », a déclaré Bowman. « Mais si c’est proche et très calme (comme la turbulence) ou éloigné et bruyant (comme une tempête lointaine) n’est toujours pas clair. »
Bowman et Albert continueront d’étudier le canal sonore aérien pour essayer de déterminer d’où viennent les sons dans la stratosphère – et pourquoi certains avions les enregistrent et d’autres non.
Bowman souhaite comprendre le paysage sonore de la stratosphère et débloquer des caractéristiques clés telles que les variations selon les saisons et les lieux.
Des versions remplies d’hélium de ces ballons pourraient un jour être utilisées Explorez d’autres planètes comme VénusTransporter des instruments scientifiques au-dessus ou à l’intérieur des nuages de la planète pendant quelques jours en tant que vol d’essai pour des missions plus importantes et plus complexes.
