En ny studie visar att mikrofoner hängande från heliumballonger i stratosfären kan upptäcka lågfrekventa ljud från havsvågor. Den nya metoden visar lovande för att upptäcka akustiska signaler från naturkatastrofer och kärnkraftsexplosioner som inte alltid kan detekteras tillförlitligt av sensorer på marken, enligt studiens författare.

Infraljud, ljud med frekvenser under 20 Hertz, är för låga för människor att höra, men kommer från många källor, inklusive luftkonditioneringsenheter, naturkatastrofer, åskväder och val- eller elefantljud. Forskare kan använda infraljudssensorer på marken för att fastställa platsen och storleken på laviner, meteoritnedslag och kärnvapenexplosioner, bland andra evenemang.

Men nätverk av infraljudsmikrofoner på marken upplever ofta störningar från vind och mänskliga källor som närliggande maskiner, dammar eller broar, vilket gör det svårt att exakt detektera svaga infraljudssignaler från avlägsna källor.

Den nya studiens resultat visar att sensorer i stratosfären på ett tillförlitligt sätt kan upptäcka infraljudssignaler utan denna störning. Detta kan hjälpa forskare att bättre upptäcka ursprunget till infraljudssignaler, enligt studiens författare.

"Med en sensor på marken, vinden blåser förbi och skapar turbulens och orsakar förvrängning, men när du pressas av vinden, som inte skapar något ljud alls eftersom du färdas i samma hastighet som luften runt dig, sa Daniel Bowman, en geofysiker vid Sandia National Laboratories i Albuquerque, New Mexico, och huvudförfattare till den nya studien i Journal of Geophysical Research :Atmosfärer, en tidskrift från American Geophysical Union. "Även om du får en vindby, luften i stratosfären är ungefär 100 gånger mindre tät, så kraften som den utövar är mycket mindre. Dessa två saker tillsammans eliminerar i princip [vind] buller i stratosfären, så vitt vi kan säga."

Avfyrande mikrofoner på ballonger

I slutet av 1940-talet, USA:s regering försökte använda ballongburna sensorer för att övervaka kärnvapenprovning och ballistiska missiluppskjutningar under Project Mogul. Detta projekt är mer känt som ursprunget till Roswell-incidenten, där ballongskräp från början troddes vara resultatet av en UFO-krasch. I början av 1960-talet en forskare vid University of Michigan genomförde flera ballongflygningar för att mäta hur mycket infraljud som kunde höras från stratosfären, men dessa resultat är inte väldokumenterade. Lite eller ingen forskning har gjorts på ballongburna infraljudssensorer sedan dess, enligt Bowman.

"Det var 50 år av ingenting, och 2014, min rådgivare och jag satte en mikrofon på en ballong ute i New Mexico som en del av ett studentprojekt och började spela in infraljud från den här miljön, " sa Bowman. "Vi insåg sent att vi verkligen var de första som gjorde det på ett bra tag."

I den nya studien, Bowman och hans kollegor bidrog med infraljudsnyttolaster till NASA High Altitude Student Platform (HASP), ett årligt program som ger studentteam möjlighet att utföra experiment på långvariga flygningar i stratosfären. Under flygningarna 2014-2015 över Arizona och New Mexico, där HASP-ballonger var utrustade med mikrofoner, de upptäckte mikrobaromsignaler i stratosfären för första gången, sa Bowman.

Studiens författare jämförde mikrobarom som upptäckts av deras stratosfäriska sensorer med signaler från markbaserade sensorer. De fann att stratosfärsensorerna kunde upptäcka ytterligare mikrobaromer och plockade upp mindre bakgrundsljud än marksensorer. Medan den nya studien bara undersökte inspelningarna från en handfull flygningar, resultaten visar att ballongburna sensorer är en lovande metod för att detektera annat infraljud, som de från naturkatastrofer eller kärnvapenexplosioner, sa Bowman.

Detektorerna kan användas för att övervaka infraljud som genereras av kärnvapen och kan hjälpa till att upprätthålla kärnvapenförbud, sa Bowman. Ballongburna infraljudssensorer kan också användas för att upptäcka infraljud i en gasformig planets atmosfär som kan hjälpa forskare att lära sig om planetens inre och fenomen i atmosfären som meteorangrepp och åska, sa Bowman.

Ytterligare forskning behövs för att förbättra de luftburna sensorerna, sa Bowman. Forskare måste noggrant välja höjd och tid på året för ballongens flygning för att säkerställa att den färdas över det önskade området. Eftersom detektorerna rör sig med vinden, forskare kan bara säga om ljudet kommer ovanifrån eller under sensorn, och kan inte bestämma den exakta riktningen ett infraljud kommer ifrån.

Även om mer forskning är nödvändig för att hjälpa till att lösa vissa av dessa problem, Bowman sa att de första flygningarna som diskuteras i det nya dokumentet indikerar att metoden har potential för vidareutveckling.

"Vi kommer aldrig att ersätta marknät, men jag tror att vi kan utöka dem avsevärt, " sa Bowman. "Jag tror också att detta verkligen förverkligar möjligheten till planetarisk akustik, vilket är oerhört spännande. Jag tror att vi kommer att se några riktigt spännande saker i framtiden."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.