Низкочастотные звуки океана отчетливо слышны на больших высотах

Новое исследование показывает, что микрофоны, подвешенные на гелиевых шарах в стратосфере, могут регистрировать низкочастотные звуки от океанских волн. По словам авторов работы, этот новый метод перспективен для обнаружения акустических сигналов от природных катастроф и ядерных взрывов, которые наземные датчики фиксируют не всегда надежно.

Инфразвук — звуковые волны с частотой ниже 20 Герц, неслышимые для человека, — генерируется множеством источников, включая системы кондиционирования, природные катастрофы, грозы и вокализацию китов или слонов. Ученые используют наземные инфразвуковые сенсоры для определения местоположения и масштабов таких событий, как сход лавин, падение метеоритов и ядерные взрывы.

Однако наземные сети микрофонов часто сталкиваются с помехами от ветра и антропогенных источников (близлежащая техника, плотины, мосты), что затрудняет точное обнаружение слабых инфразвуковых сигналов от удаленных источников.

Результаты нового исследования показывают, что датчики в стратосфере могут надежно регистрировать инфразвук без подобных помех. Это поможет ученым точнее определять источник таких сигналов.

«Когда датчик находится на земле, ветер обдувает его, создавая турбулентность и искажения. Но если вы движетесь вместе с ветром, это не создает никакого шума, поскольку вы перемещаетесь с той же скоростью, что и окружающий воздух», — пояснил геофизик Дэниел Боумен из Sandia National Laboratories, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres. — «Даже при порыве ветра плотность воздуха в стратосфере примерно в 100 раз меньше, поэтому оказываемое им воздействие значительно слабее. В сочетании эти два фактора практически устраняют ветровой шум».

В новом исследовании Боумен и его коллеги разместили инфразвуковые датчики на шарах в рамках программы NASA High Altitude Student Platform (HASP). Во время полетов в 2014–2015 годах над Аризоной и Нью-Мексико они впервые зафиксировали в стратосфере сигналы микробаромов — инфразвука от взаимодействия океанских волн.

Сравнение с данными наземных сенсоров показало, что стратосферные датчики регистрируют дополнительные микробаромы с меньшим фоновым шумом. Хотя в работе анализировались записи лишь с нескольких полетов, результаты указывают на перспективность метода для обнаружения и другого инфразвука, например, от природных катастроф или ядерных взрывов.

По словам Боумена, такие детекторы могли бы использоваться для мониторинга инфразвука от ядерного оружия, помогая контролировать соблюдение запретов. Кроме того, баллонные сенсоры потенциально применимы для изучения атмосфер планет-гигантов, что позволит узнать больше об их недрах и таких атмосферных явлениях, как удары метеоритов и грозы.

Для совершенствования метода необходимы дальнейшие исследования, включая оптимизацию высоты и времени полета. Поскольку датчики движутся с ветром, определить точное направление на источник сигнала пока сложно. Тем не менее, первые полеты, описанные в работе, демонстрируют значительный потенциал для развития этого направления.

«Мы никогда не заменим наземные сети, но, думаю, сможем существенно их дополнить. Это также открывает путь к реализации планетарной акустики, что невероятно увлекательно. Я уверен, нас ждут очень интересные открытия», — заключил Боумен.