På andra sidan Lamont-Doherty Earth Observatory campus, forskare utforskar undervattensvulkaner, övervaka kusterosion längs svåråtkomliga strandlinjer, och studerar havisens rörelse - allt i realtid. Genom att ladda drönare med högteknologiska instrument och använda satelliter och undervattenskablar som interagerar med sensorer på några av de mest avlägsna platserna på jorden, de avslöjar hemligheterna på vår planet.

"Jordobservation i realtid kommer att förändra hur vetenskapen görs under de kommande 10 till 20 åren, "sa Tim Crone, en marin geofysiker som leder tillsammans med ett Lamont-Doherty Earth Observatory-initiativ för att driva gränsen för realtidsdata om planeten. "Vi är på kanten av en ny typ av vetenskap, och teknik ger oss en möjlighet att göra fantastiska saker. "

Lamont är en av få forskningsanläggningar i världen där forskare lägger alla typer av vetenskapliga plattformar, från havsbotten till rymden, att använda för dataanalys i realtid. Data kommer in från kabelmatriser som korsar havsbotten, undervattensfordon, och flyglaboratorier så stora som flygplan och så små som drönare. Satelliter strålar tillbaka data från sjögående sensorer som övervakar havets kemi och strömmar runt om i världen.

Dessa realtidsmätningar ger upphov till genombrott inom vetenskaperna när de verifierar datormodeller och avslöjar oväntade förändringar.

Drone lab öppnar nya landskap för vetenskap

I Arktis, oceanografen Christopher Zappa har designat om instrument som vanligtvis finns ombord på forskningsfartyg eller flygplan och monterat dem i drönare som han flyger lågt över havsisen. Dronornas räckvidd gör att han kan utöka sitt studieområde och undvika störningar från ett skepps värme och rörelse, samtidigt som kostnaderna sänks avsevärt. Resultatet är oöverträffad data om havs topografi och rörelse och nya insikter om hur havsisen bryts upp och hur atmosfären och havet påverkar varandra.

"UAS:s (obemannade luftsystem) är där autonoma och fjärrstyrda undervattensfordon fanns för 20 år sedan. Du hade dessa fantastiska plattformar, men forskare började bara förstå hur man använder dem, "Sa Zappa." Idag, det finns undervattensfordon överallt i världens hav. Det som saknats för UAS är förmågan att lägga vetenskaplig kvalitetsinstrument i nyttolasten. För att göra något riktigt vetenskapligt betyg krävs betydande teknik. "

Zappa, en ledare för Real-Time Earth-initiativet med Crone och fysisk oceanograf Ryan Abernathey, utökar den tekniska kapaciteten vid Lamont genom sitt UAS -laboratorium, som designar högteknologiska nyttolaster med hyper-spektral avbildning, lidar, termiska infraröda kameror, och andra sensorer för vetenskapliga uppdrag.

Vetenskapliga drönare finns i alla storlekar, från lätta helikoptrar kan du skjuta från din hand till fastvingade drönare i storlek som små flygplan. Små quadcopters kan inte bära mycket mer än en kamera, men de ger vulkanologerna Einat Lev och Elise Rumpf förmågan att kartlägga lavaströmmar och kika in i kalderor. Alessio Rovere sätter små drönare i arbete för att övervaka kusterosion och korallblekning. Medan satelliter kan ge närbilder, deras fly-by-frekvens, rapportering, och datainsamlingen är begränsad, och moln hindrar ofta utsikten. Med drönare, Rovere, en geolog, kan komma nära svåråtkomliga sträckor av strandlinjen utan att störa landet.

Zappa, vars havsarbete bygger på mer sofistikerade instrument, använder större fastvingade drönare med automatisk styrd GPS-navigering och 10-20 timmars flygtid. Med nyttolaster som en fotbolls storlek, Zappa kan flyga hyperspektrala avbildningssystem som använder ljusvågor för att utläsa vad ett objekt är gjord av eller hur energi flödar. Han kan undersöka alger i vattnet och hur det påverkar ytvärmebudgeten, till exempel. En annan nyttolast tappar bojar som profilerar atmosfären och mäter havstemperatur och salthalt.

"UAS:s tillåter forskare att komma alldeles intill en glaciär, något du normalt inte skulle göra med ett fartyg. Om du vill titta på en kustregion, du kan rutinmässigt flyga transekter över surfzonen, "Sa Zappa.

När kostnaderna sjunker, drönare kan till och med flyga in i orkaner för att samla in realtidsdata om våghöjd, Momentum, och värme, han sa.

Realtidsdata från djupet

I haven, Lamontforskare använder avlägsna och autonoma undervattensfordon för att utforska havsbotten och mäta den marina miljön.

Zappa är partiell för soldrivna drifters som ansluter till sensorer på havsbotten eller i vattenpelaren och kan telemätardata till satelliter för övervakning i realtid. Robin Bells Polar Geophysics Group, som byggde IcePod för att kartlägga Antarktis Ross Ice Shelf från luften, använder bojar för realtidsövervakning av vattentemperaturen, salthalt, och strömmar runt ishyllornas kanter.

Crone har ägnat mycket av sin karriär åt att utveckla instrumentering för ett annat slags fjärranalyssystem:ett havsbottenobservatorium med en fiberoptisk kabel som går 300 miles från Oregons kust till en rad sensorer. Sensorerna skickar nu tillbaka observationer i realtid från Axial Seamount, en ubåt vulkan vid en mid-ocean ås där nya havsbotten skapas. Marin geofysiker Maya Tolstoy använde data i realtid för att studera ett utbrott 2015 där, börjar med en ökning av jordbävningar inför utbrottet och övervakar hur energi från utbrottet rörde sig genom vattnet.

Bearbetar floder av data

All denna inkommande data ökar efterfrågan på datorkraft och smarta sätt att bearbeta och arkivera den.

Interdisciplinary Earth Data Alliance (IEDA), ledd av Kerstin Lehnert och Suzanne Carbotte på Lamont, spelar en avgörande roll genom att lagra vetenskaplig data från forskare runt om i världen och göra informationen allmänt tillgänglig tillsammans med verktyg för analys. Abernathey, under tiden, arbetar med sätt att förbättra datasystemarkitekturen och etablera högpresterande datorfunktioner skräddarsydda för Lamonts databehov.

"Dessa plattformar kommer att användas för experiment under de kommande åren som vi inte kan föreställa oss idag, "Crone sa." Samma sak gäller internet och satelliter som kan ansluta oss. Det handlar om att ha ett problem att lösa, bygga sensorn eller enheten, ansluta den till en plattform eller ett nätverk, och ta in data för att börja lösa det problemet. "

"Detta är framtiden, Sa Crone.

Detta är också Lamonts arv. Lamont byggde på grundaren Maurice "Doc" Ewings vision om konstant datainsamling och öppen datadelning för att stärka global forskning och upptäckter. Om Ewings forskare inte hade den teknik de behövde, de byggde det själva.

När Lamonts forskaringenjörer fortsätter att driva vetenskapens gränser, Real-Time Earth Initiative tar datatillgång till nya nivåer. "Allas vetenskap kommer att bli bättre av det här, "Crone sa, "för att alla kommer att kunna utnyttja nya system för att observera jorden."