Des sons mystérieux non identifiés enregistrés dans la stratosphère

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Des ballons solaires géants ont été envoyés à 70 000 pieds dans les airs pour enregistrer les sons de la stratosphère terrestre – et les microphones ont capté des sons inattendus.

La stratosphère est la deuxième couche de l’atmosphère terrestre, et son niveau inférieur contient la couche d’ozone qui absorbe et diffuse le rayonnement ultraviolet du soleil, selon la NASA. L’air mince et sec de la stratosphère est l’endroit où les avions à réaction et les ballons météorologiques atteignent leur altitude maximale, et la couche atmosphérique relativement calme est rarement perturbée par la turbulence.

Daniel Bowman, scientifique principal aux Sandia National Laboratories au Nouveau-Mexique, a été inspiré à l’école doctorale pour explorer le paysage sonore de la stratosphère après avoir été initié aux sons à basse fréquence générés par les volcans. Connu sous le nom d’infrason, le phénomène est inaudible pour l’oreille humaine.

Bowman et ses amis avaient déjà piloté des caméras sur des ballons météorologiques “pour prendre des photos du ciel noir au-dessus et de la Terre bien en dessous” et ont construit avec succès leur propre ballon solaire.

Il a proposé d’attacher des enregistreurs d’infrasons à des ballons pour enregistrer les sons des volcans. Mais ensuite, lui et son conseiller Jonathan Lees de l’Université de Caroline du Nord, Chapel Hill, “ont réalisé que personne n’avait essayé de mettre des microphones sur des ballons stratosphériques depuis un demi-siècle, nous avons donc pivoté pour explorer ce que cette nouvelle plate-forme pouvait faire”, Bowman a dit. Lees est un professeur de sciences de la Terre, de la mer et de l’environnement qui étudie la sismologie et la volcanologie.

Les ballons peuvent prendre des capteurs deux fois plus haut que les jets commerciaux peuvent voler.

“Sur nos ballons solaires, nous avons enregistré des explosions chimiques en surface et enfouies, du tonnerre, des collisions de vagues océaniques, des avions à hélices, des sons de la ville, des lancements de fusées suborbitales, des tremblements de terre et peut-être même des trains de marchandises et des avions à réaction”, a déclaré Bowman par e-mail. “Nous avons également enregistré des sons dont l’origine n’est pas claire.”

Les conclusions ont été partagées jeudi à la 184e réunion de l’Acoustical Society of America à Chicago.

Un enregistrement partagé par Bowman à partir d’un ballon de la NASA qui a encerclé l’Antarctique contient des infrasons de vagues océaniques en collision, ce qui ressemble à un soupir continu. Mais d’autres craquements et bruissements ont des origines inconnues.

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Dans la stratosphère, “il y a de mystérieux signaux infrasons qui se produisent quelques fois par heure sur certains vols, mais la source de ceux-ci est complètement inconnue”, a déclaré Bowman.

Bowman et ses collaborateurs ont mené des recherches en utilisant des ballons de la NASA et d’autres fournisseurs de vols, mais ils ont décidé de construire leurs propres ballons, chacun couvrant environ 19,7 à 23 pieds (6 à 7 mètres) de diamètre.

Les fournitures peuvent être trouvées dans les quincailleries et les magasins de fournitures pyrotechniques, et les ballons peuvent être assemblés sur un terrain de basket.

“Chaque ballon est fait de plastique de peintre, de ruban adhésif d’expédition et de poussière de charbon de bois”, a déclaré Bowman par e-mail. «Ils coûtent environ 50 $ à fabriquer et une équipe de deux peut en construire un en environ 3,5 heures. Il suffit de l’amener dans un champ par une journée ensoleillée et de le remplir d’air, et il transportera une livre de charge utile à environ 70 000 pieds.

La poussière de charbon de bois est utilisée à l’intérieur des ballons pour les assombrir, et lorsque le soleil brille sur les ballons sombres, l’air à l’intérieur se réchauffe et devient flottant. La conception de bricolage peu coûteuse et facile signifie que les chercheurs peuvent libérer plusieurs ballons pour collecter autant de données que possible.

« Vraiment, un groupe de lycéens ayant accès au gymnase de l’école pourrait construire un ballon solaireet il existe même une application pour téléphone portable appelée RedVox qui peut enregistrer les infrasons », a déclaré Bowman.

Bowman a estimé qu’il avait lancé plusieurs dizaines de ballons solaires pour collecter des enregistrements d’infrasons entre 2016 et avril de cette année. Des microbaromètres, conçus à l’origine pour surveiller les volcans, étaient fixés aux ballons pour enregistrer les sons à basse fréquence.

Les chercheurs ont suivi leurs ballons à l’aide du GPS, car ils peuvent parcourir des centaines de kilomètres et atterrir dans des endroits peu pratiques.

Le vol le plus long à ce jour a duré 44 jours à bord d’un ballon à hélium de la NASA, qui a enregistré 19 jours de données avant que les piles du microphone ne meurent. Pendant ce temps, les vols en ballon solaire ont tendance à durer environ 14 heures pendant l’été et atterrissent une fois que le soleil se couche.

L’avantage de la haute altitude atteinte par les ballons signifie que les niveaux de bruit sont plus faibles et la portée de détection est augmentée – et la Terre entière est accessible. Mais les ballons présentent également des défis pour les chercheurs. La stratosphère est un environnement hostile avec des fluctuations sauvages de température entre le chaud et le froid.

“Les ballons solaires sont un peu lents, et nous en avons détruit quelques-uns sur des buissons en essayant de les lancer”, a déclaré Bowman. « Nous avons dû descendre dans des canyons et traverser des montagnes pour récupérer nos charges utiles. Une fois, nos collègues de l’Oklahoma State ont fait atterrir un ballon dans un champ, y passer la nuit et se relancer dans les airs pour voler une autre journée entière !

Les leçons tirées de plusieurs vols en ballon ont quelque peu facilité le processus, mais maintenant le plus grand défi pour les chercheurs est d’identifier les signaux enregistrés pendant les vols.

“Il existe de nombreux vols avec des signaux dont nous ne comprenons pas l’origine”, a déclaré Bowman. “Ils sont presque certainement banals, peut-être une zone de turbulence, une violente tempête lointaine ou une sorte d’objet humain comme un train de marchandises – mais il est parfois difficile de dire ce qui se passe en raison du manque de données là-haut.”

Sarah Albert, géophysicienne au Sandia National Laboratories, a étudié un “canal sonore” – un conduit qui transporte les sons sur de grandes distances à travers l’atmosphère – situé aux altitudes étudiées par Bowman. Son les enregistrements ont capturé des lancements de fusées et autres grondements non identifiés.

“Il se peut que le son soit piégé dans le canal et fasse écho jusqu’à ce qu’il soit complètement brouillé”, a déclaré Bowman. “Mais s’il est proche et assez calme (comme une zone de turbulence) ou éloigné et fort (comme une tempête lointaine) n’est pas encore clair.”

Bowman et Albert continueront d’enquêter sur le canal sonore aérien et tenteront de déterminer d’où proviennent les grondements de la stratosphère – et pourquoi certains vols les enregistrent alors que d’autres ne le font pas.

Bowman est impatient de comprendre le paysage sonore de la stratosphère et de débloquer des fonctionnalités clés, telles que la variabilité selon les saisons et les lieux.

Il est possible que des versions remplies d’hélium de ces ballons soient un jour utilisées pour explorer d’autres planètes comme Vénustransportant des instruments scientifiques au-dessus ou à l’intérieur des nuages ​​de la planète pendant quelques jours en tant que vol d’essai pour des missions plus importantes et plus complexes.