Folhas de plástico semelhantes às usadas para sacos de lixo, fita de embalagem, alguma corda, um pouco de pó de carvão e uma caixa branca do tamanho de uma caixa de sapatos são mais do que uma bugiganga. Estes são os suprimentos Danny Bowman, um geofísico do Sandia National Laboratories, precisa construir um balão de ar quente movido a energia solar para detectar infra-som.

O infra-som é o som de frequências muito baixas, abaixo de 20 hertz, que é mais baixo do que os humanos podem ouvir. Os elefantes africanos produzem infra-sons para comunicação de longa distância em torno de 15 hertz. Para comparação, o zumbido de uma abelha é normalmente 150 hertz e os humanos ouvem na faixa de 20 a 20, 000 hertz.

Julho passado, uma frota de cinco balões movidos a energia solar atingiu uma altura de 13 a 15 milhas, duas vezes mais alto que os jatos comerciais, e detectou o infra-som de uma explosão de teste. Este experimento foi financiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido pelo Laboratório de Sandia. Bowman apresentou os resultados na conferência American Geophysical Union em dezembro. Os resultados serão publicados em breve.

O infra-som é importante porque é uma das tecnologias de verificação que os EUA e a comunidade internacional usam para monitorar explosões, incluindo os causados ​​por testes nucleares. Tradicionalmente, infra-som é detectado por matrizes de sensores baseados no solo, que não cobrem o oceano aberto e podem ser confundidos por outros ruídos, como o vento. Bowman disse que os condicionadores de ar também são uma fonte comum de ruído infra-som.

"A estratosfera é muito menos barulhenta, então você pode detectar eventos de interesse para a ciência e a segurança nacional de grandes distâncias, "disse Bowman. A estratosfera é a camada atmosférica de cerca de 5 milhas a 31 milhas acima do solo.

Balões de ar quente baratos voam o dia todo

Um balão de ar quente movido a energia solar leva três horas para Bowman e sua colega geofísica Sarah Albert fazerem, e usa cerca de US $ 50 em materiais, não incluindo o sensor de infra-som reutilizável ou rastreador GPS. O pó de carvão ajuda a aquecer o ar dentro do balão, fornecendo elevador, sem a necessidade de gás hélio, um recurso não renovável.

Os balões podem até ser lançados em dias parcialmente nublados, disse Albert. Eles ficam na estratosfera o dia todo e descem depois que o sol se põe. Este "mecanismo de rescisão garantido" é um prós e um contra, disse Bowman.

É uma maneira infalível de derrubar os balões, os sensores e os dados que eles coletaram. Por outro lado, voos mais longos seriam úteis. Durante o verão ártico, os balões podem voar por semanas, mas a equipe também está trabalhando em balões que podem ficar no ar à noite.

Para experiências futuras, Bowman está interessado em um projeto de balão com um isolador na superfície superior do balão e absorvedor na parte inferior, portanto, ele absorve o calor da Terra para permitir que continue voando à noite.

Vários sensores determinam a localização

O aspecto mais importante deste experimento é que os cinco balões formaram uma matriz 3-D de sensores, disse Albert. Um sensor pode ouvir um som, mas não pode fornecer nenhuma informação de localização. Albert disse, "Minha mãe é surda de um ouvido, então é difícil para ela dizer de onde vem um som." Ter duas orelhas permite que os animais determinem a origem de um som.

Cinco microfones em uma matriz, como neste experimento ou matrizes de sensores baseados no solo, forneça as mesmas informações - a direção de onde vem a onda sonora. Os pesquisadores coordenam as informações de vários arranjos para triangular a fonte do som.

Calcular de onde vem a onda sonora pode ser um desafio quando cada sensor da matriz está se movendo em relação ao outro e à fonte, disse Bowman. Muitos algoritmos computacionais assumem sensores estacionários, então a equipe precisou adaptá-los para incluir informações de GPS.

Uso futuro no monitoramento de tratados e exploração do sistema solar

Bowman propôs sensores de infra-som transportados por balões como parte da próxima série do projeto Source Physics Experiment da National Nuclear Security Administration. Este projeto desenvolve novos e melhorados, abordagens baseadas na física para monitorar explosões nucleares subterrâneas.

Além do potencial de monitoramento de tratados e usos de segurança nacional, Bowman e Albert esperam voar em balões de ar quente em experimentos não terrestres.

Bowman está auxiliando um projeto do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA para explorar a possibilidade de usar sensores de infra-som transmitidos por balões em Vênus para ouvir os terremotos de Vênus. Vênus é semelhante à Terra em massa, mas é geologicamente muito diferente, sem placas tectônicas aparentes.

Outra possibilidade que a equipe está explorando são os sensores de infra-som em Júpiter. Júpiter é um gigante gasoso com questões científicas abertas sobre sua estrutura interna e geologia que o infra-som poderia ajudar a responder. "Ainda estamos décadas longe de uma missão real, "disse Bowman." Mas estou animado para ver até onde isso irá. "

Os resultados do teste de pesquisa anterior de Bowman voando sensores individuais de infra-som em balões foram publicados em Cartas de pesquisa geofísica e mais recentemente em Journal of Geophysical Research:Atmospheres .

Bowman disse, "Esta é uma nova área de pesquisa realmente empolgante. Os sensores de infra-som transportados por balão nunca substituirão os arranjos acústicos baseados no solo, mas acho que pode aumentá-los. E o mais emocionante é voar na atmosfera de outros planetas e o que podemos aprender com eles. "