Do outro lado do campus do Observatório Terrestre Lamont-Doherty, cientistas estão explorando vulcões submarinos, monitorar a erosão costeira ao longo de linhas costeiras de difícil acesso, e estudar o movimento do gelo marinho - tudo em tempo real. Ao carregar drones com instrumentos de alta tecnologia e usar satélites e cabos submarinos que estão interagindo com sensores em alguns dos locais mais remotos da Terra, eles estão descobrindo os segredos de nosso planeta.

"A observação da Terra em tempo real vai mudar a forma como a ciência é feita nos próximos 10 a 20 anos, "disse Tim Crone, um geofísico marinho que está co-liderando uma iniciativa do Observatório Terrestre Lamont-Doherty para expandir a fronteira dos dados em tempo real sobre o planeta. "Estamos no precipício de um novo tipo de ciência, e a tecnologia está nos dando a oportunidade de fazer coisas incríveis. "

Lamont é uma das poucas instalações de pesquisa no mundo onde os cientistas estão colocando todos os tipos de plataformas científicas, do fundo do mar para o espaço, para usar para análise de dados em tempo real. Os dados estão chegando de matrizes cabeadas que cruzam o fundo do mar, veículos subaquáticos, e laboratórios aéreos tão grandes quanto aviões e tão pequenos quanto drones. Os satélites estão enviando de volta dados de sensores marítimos que monitoram a química e as correntes oceânicas em todo o mundo.

Essas medições em tempo real estão alimentando avanços nas ciências, pois verificam modelos de computador e revelam mudanças inesperadas.

Laboratório de drones abre novos cenários para a ciência

No Ártico, o oceanógrafo Christopher Zappa tem redesenhado instrumentos normalmente encontrados a bordo de navios de pesquisa ou aeronaves e adaptando-os em drones que ele voa baixo sobre o gelo marinho. O alcance dos drones permite que ele expanda sua área de estudo e evite a interferência do calor e do movimento de uma nave, ao mesmo tempo em que reduz significativamente os custos. O resultado são dados incomparáveis ​​sobre a topografia e o movimento do gelo marinho e novos insights sobre como o gelo marinho se quebra e como a atmosfera e o oceano afetam um ao outro.

"Os UAS (sistemas aéreos não tripulados) são onde os veículos subaquáticos autônomos e operados remotamente estavam 20 anos atrás. Você tinha essas plataformas excelentes, mas os cientistas estavam apenas começando a entender como usá-los, "Zappa disse." Hoje, existem veículos subaquáticos em todos os oceanos do mundo. O que está faltando para o UAS é a capacidade de colocar instrumentação de qualidade científica na carga útil. Fazer algo realmente científico requer uma engenharia significativa. "

Zappa, um co-líder da iniciativa Real-Time Earth com Crone e o oceanógrafo físico Ryan Abernathey, está expandindo essa capacidade de engenharia em Lamont por meio de seu laboratório UAS, que projeta cargas úteis de alta tecnologia com imagens hiperespectrais, lidar, câmeras infravermelhas térmicas, e outros sensores para missões científicas.

Os drones científicos vêm em todos os tamanhos, desde helicópteros leves que você pode lançar de sua mão até drones de asa fixa do tamanho de pequenos aviões. Quadricópteros pequenos não podem carregar muito mais do que uma câmera, mas eles estão dando aos vulcanólogos Einat Lev e Elise Rumpf a capacidade de mapear fluxos de lava e espiar dentro das caldeiras. Alessio Rovere coloca pequenos drones para trabalhar no monitoramento da erosão costeira e do branqueamento de corais. Embora os satélites possam fornecer close-ups, sua frequência de passagem, cobertura, e a coleta de dados é limitada, e as nuvens frequentemente obstruem a visão. Com drones, Rovere, um geólogo, pode chegar perto de trechos de costa difíceis de alcançar sem perturbar a terra.

Zappa, cujo trabalho com o gelo marinho depende de instrumentos mais sofisticados, usa drones maiores de asa fixa com navegação GPS auto-pilotada e 10-20 horas de vôo. Com cargas do tamanho de uma bola de futebol, Zappa pode voar em sistemas de imagens hiperespectrais que usam ondas de luz para inferir do que um objeto é feito ou como a energia flui. Ele pode examinar as algas na água e como isso afeta o orçamento de calor da superfície, por exemplo. Outra carga lança bóias que traçam o perfil da atmosfera e medem a temperatura e a salinidade do oceano.

"Os UASs permitem que os cientistas cheguem ao lado de uma geleira, algo que você normalmente não faria com um navio. Se você quiser olhar para uma região costeira, você pode voar rotineiramente em transectos pela zona de surf, "Zappa disse.

À medida que os custos diminuem, drones podem até voar em furacões para coletar dados em tempo real sobre a altura das ondas, impulso, e calor, ele disse.

Dados em tempo real das profundezas

Nos oceanos, Os cientistas de Lamont estão usando veículos subaquáticos remotos e autônomos para explorar o fundo do mar e medir o ambiente marinho.

Zappa é parcial para drifters movidos a energia solar que se conectam a sensores no fundo do mar ou na coluna de água e podem telemetrar dados para satélites para monitoramento em tempo real. Grupo de Geofísica Polar de Robin Bell, que construiu o IcePod para mapear do ar a plataforma de gelo Ross da Antártica, implanta bóias para monitoramento em tempo real da temperatura da água, salinidade, e correntes em torno das bordas das plataformas de gelo.

Crone passou grande parte de sua carreira desenvolvendo instrumentação para um tipo diferente de sistema de sensoriamento remoto:um observatório do fundo do mar com um cabo de fibra ótica percorrendo 480 quilômetros da costa do Oregon até uma série de sensores. Os sensores agora estão enviando observações em tempo real do Axial Seamount, um vulcão submarino em uma dorsal meso-oceânica, onde um novo leito oceânico está sendo criado. O geofísico marinho Maya Tolstoy usou os dados em tempo real para estudar uma erupção de 2015 lá, começando com um aumento nos terremotos antes da erupção e monitorando como a energia da erupção se movia pela água.

Processando rios de dados

Todos esses dados recebidos aumentam a demanda por potência do computador e por maneiras inteligentes de processá-los e arquivá-los.

The Interdisciplinary Earth Data Alliance (IEDA), liderado por Kerstin Lehnert e Suzanne Carbotte em Lamont, desempenha um papel crucial, armazenando dados científicos de cientistas de todo o mundo e tornando os dados amplamente disponíveis, juntamente com ferramentas para análise. Abernathey, Enquanto isso, está trabalhando em maneiras de melhorar a arquitetura do sistema de dados e estabelecer recursos de computação de alto desempenho adaptados às necessidades de dados de Lamont.

"Essas plataformas serão usadas para experimentos nos próximos anos que não podemos imaginar hoje, "Crone disse." A mesma coisa vale para a internet e os satélites que podem nos conectar. É sobre ter um problema para resolver, construir o sensor ou dispositivo, conectando-o a uma plataforma ou rede, e trazendo dados para começar a resolver esse problema. "

"Este é o futuro, "Velha disse.

Essa também é a herança de Lamont. Lamont foi construído com base na visão do fundador Maurice "Doc" Ewing de coleta constante de dados e compartilhamento aberto de dados para capacitar pesquisas e descobertas globais. Se os cientistas de Ewing não tivessem a tecnologia de que precisavam, eles próprios construíram.

À medida que os engenheiros-cientistas de Lamont continuam a expandir as fronteiras da ciência, a Real-Time Earth Initiative está levando o acesso aos dados a novos níveis. "A ciência de todos ficará melhor com isso, "A velha disse, "porque todos serão capazes de construir novos sistemas para observar a Terra."