p Voando cerca de 23 milhas sobre o Pólo Sul, um experimento da Universidade do Kansas pendurado em um balão meteorológico de alta altitude está calculando como a superfície da Antártica reflete os sinais de rádio causados ​​por raios cósmicos de ultra-alta energia. p O experimento Hi-Cal (calibração de alta altitude) percorre todo o Pólo Sul, arrastando centenas de quilômetros atrás de outro grupo de instrumentos amarrados a um balão muito maior, chamado ANITA (para Anttarctic Impulsive Transient Antenna, e financiado pela NASA desde 2003). O objetivo experimental final é medir neutrinos de ultra-alta energia e raios cósmicos de ultra-alta energia que interagem no gelo da Antártica, ou com a atmosfera da Terra, criando ondas de rádio.

p Para entender o propósito do Hi-Cal, compreender primeiro a missão de pesquisa da ANITA é fundamental.

p "O experimento ANITA é para detectar raios cósmicos de ultra-alta energia, e estes são detectados em virtude da radiação de radiofrequência produzida quando um raio cósmico atinge uma molécula terrestre - que cria borrifos de detritos, incluindo partículas e radiação de radiofrequência, "disse David Besson, professor de física e astronomia na KU, quem está liderando a equipe Hi-Cal.

p Besson disse que os raios cósmicos descendentes geram frequências de rádio detectadas pela ANITA principalmente como reflexos de superfície, saltando de volta da superfície da Antártica.

p "Para entender as propriedades das radiofrequências que a ANITA coleta, você tem que entender a refletividade da superfície, "Besson disse.

p É aqui que entra o experimento Hi-Cal operado pela KU.

p "Hi-Cal é um experimento complementar que voa de 125 a 620 milhas atrás da carga útil principal e envia um ping, "Besson disse." Aquele ping de radiofrequência, que tem uma duração de 10 a 20 nanossegundos, é detectado pela ANITA vindo diretamente do transmissor Hi-Cal, bem como da reflexão de superfície da Antártica. Ao observar a proporção dos dois sinais, você pode inferir as propriedades da superfície da neve da Antártica. "

p Enquanto o balão principal da ANITA está carregado com milhares de dólares em engenhocas de alta tecnologia, o balão Hi-Cal subsequente usa um isqueiro piezoelétrico que qualquer um poderia comprar em uma loja de ferragens como dispositivo de ping.

p "O coração do projeto Hi-Cal é um isqueiro de US $ 10 para churrasco, "Disse Besson." É uma ideia muito inteligente que alguns alunos de pós-graduação mostraram que pode funcionar. Quando o ativamos na primeira missão, três anos atrás, ANITA imediatamente registrou sinais de Hi-Cal 500 milhas de distância. A vantagem da Antártica é que o rádio é silencioso, isso é possível, aqui em Lawrence, Kansas, seria um desafio com tanto ruído de rádio. "

p Ao contrário dos isqueiros com mecanismo de pederneira, isqueiros piezoelétricos funcionam quando comprimidos mecanicamente e repentinamente liberados.

p "A energia mecânica armazenada, se você pensar nisso como uma mola, aparece como uma tensão muito alta, "Besson disse." Com este isqueiro piezoelétrico, conseguimos gerar tensões de até $ 20, Você teria que fazer um pedido personalizado de 000 geradores de sinal. A desvantagem é que requer um ajuste fino para otimizar. "

p Financiado por $ 230, 000 do financiamento da NASA há cerca de três anos, o balão Hi-Cal com seu ping mais leve para fazer churrasco voou três missões experimentais em uma busca para compreender melhor a refletividade da Antártica para as frequências de rádio. Os principais pesquisadores da KU trabalhando no experimento incluem Steven Prohira, Sasha Novikov, Jessica Stockham e Mark Stockham.

p "Temos um lançamento a cada dois anos, "Besson disse." O balão sobe e circula. Na Antártica, há o vórtice circumpolar. Se você lançar um balão, ele voa em um círculo ao redor do pólo até que o vento comece a carregá-lo para longe do continente e em direção ao oceano. Quando isso acontecer, você envia um sinal para descartar a carga útil ANITA. Esta carga útil mais recente foi descartada em janeiro passado, e agora há uma equipe de recuperação incluindo dois membros da KU que está recuperando o hardware experimental. Eles voam para o local em uma aeronave Twin Otter e a procuram. "

p A carga útil Hi-Cal menor não é recuperada. Besson disse que o último vôo da Hi-Cal durou cerca de 10 dias. Ambos os experimentos voarão juntos novamente em 2020.

p "Estamos tentando calibrar a Antártica, "Besson disse." Se você pode entender a refletividade da Antártica, você poderia fazer uma medição precisa do espectro de energia para cada raio cósmico em sua reflexão de superfície. Você precisa dessa medição para revelar os efeitos da refletividade da superfície. "

p De acordo com o pesquisador KU, conforme os cientistas por trás de Hi-Cal e ANITA acumulam mais dados, eles esperam ser capazes de detectar a fonte dos raios cósmicos de ultra-alta energia.

p "Este é um dos grandes santo graal da física contemporânea dos raios cósmicos, chamada astrofísica de partículas, "disse ele." O Santo Graal é identificar um ponto no céu que está produzindo raios cósmicos de alta energia, mas as pessoas tiveram sucesso limitado. Há algumas evidências de outros experimentos de que um tipo de galáxia com muito ruído de rádio, chamada de blazar, pode abrigar um buraco negro supermassivo em seu centro. Outra fonte pode ser uma explosão de raios gama. Esperamos que este trabalho possa ajudar a restringir a fonte - você precisa conhecer as características de refletividade da superfície para obter essa imagem. "

p Besson sugeriu que recentemente ANITA pode ter pousado em um mistério ainda mais profundo.

p "Eles detectaram uma classe de eventos que não parecem se encaixar no próton dos raios cósmicos ou no processo do neutrino dos raios cósmicos - sua fonte é definitivamente um quebra-cabeça, "disse ele." ANITA é o único experimento que detectou essa classe de eventos. Houve um anúncio da ANITA e alguns artigos teóricos de acompanhamento recentemente. "