בלון סולארי חדש יגלה תת-קול מפיצוצים

This post is also available in: English (אנגלית)

דני באומן, גאו-פיזיקאי מהמעבדה הלאומית סנדיה בניו מקסיקו, צריך רק מספר קטן של פריטים יומיומיים על מנת לייצר בלון סולארי המסוגל לזהות תת-קול.

תת-קול הוא צליל בתדרים נמוכים מאוד, מתחת ל-20 הרץ, שאינו נשמע על ידי בני אדם. פיל אפריקאי מסוגל ייצר תת-קול בתדר של 15 הרץ המשמש אותו לתקשורת למרחקים ארוכים, וטווח התדרים שבן אדם מסוגל לשמוע הוא מ-20 הרץ ועד 20,000 הרץ.

ביולי 2017 הצליח צי של חמישה בלונים סולאריים להגיע לגובה של בין 21 ל-24 ק"מ, פי שתיים מגובה הטיסה של טיסות מסחריות, ולזהות תת-קול שהגיע ממטווח חבלה.

זיהוי תת-קול חשוב למדע מכיוון שהוא נחשב לאחת מטכנולוגיות האימות של ארה"ב והקהילה הבינלאומית לניטור של פיצוצים, לרבות כאלו הנגרמים מניסויים גרעיניים.

באופן מסורתי, תת-קול מזוהה על ידי מערכת חיישנים קרקעית, שלא מכסה את הים הפתוח ויכולה להיות משובשת בידי רעשים רעשים אחרים, כמו הרוח. באומן מציין כי גם מזגנים משמשים מקור לרעש תת-קולי.

"הסטראטוספירה הרבה פחות רועשת ולכן ניתן לזהות בה אירועים שמהווים ענין למדע או לביטחון הלאומי מרחקים עצומים", אומר באומן. הסטראטוספירה היא שכבת האטמוספירה שקיימת בין 8 ל-50 ק"מ מעל פני הקרקע.

ייצור בלון פורח סולארי אורך כשלוש שעות לדני באומן ולעמיתתו שרה אלברט, ועולה כ-50$, לא כולל שבב ה-GPS וחיישן התת-קול, שניהם ניתנים לשימוש חוזר. אבק הפחם שבבלון עוזר לחמם את האוויר בתוכו ומספק עילוי, וכך לא נצרך שימוש בגז הליום, אשר הינו משאב לא-מתחדש.

הבלונים יכולים להמריא גם בימים מעוננים חלקית, אומרת אלברט. הם יכולים להישאר בסטראטוספירה כל היום, ולרדת כאשר השמש שוקעת. מדובר ב-"מנגנון כיבוי מובטח", על פי באומן, אשר יש לו יתרונות וחסרונות.

מצד אחד, מדובר בדרך שמבטיחה ב-100% שהבלון ירד חזרה, יחד עם החיישנים והנתונים שאסף. מצד שני, טיסות ארוכות יותר יהיו שימושיות בהחלט. במהלך הקיץ הארקטי, הבלונים יכולים לטוס במשך שבועות, אך הצוות עובד על בלונים שיוכלו להישאר באוויר גם בלילה.

לצורך ניסויים עתידיים, באומן מעוניין לעצב בלון חדש, בו יהיה פתח אוורור מלעלה ופתח כניסת אוויר חם מלמטה, כך שהבלון ישאב אויר חם במהלך היום, שיספיק לו בשביל טיסה לילית.

המאפיין החשוב ביותר של הניסוי הזה הוא שחמשת הבלונים יצרו מערך תלת-מימדי של חיישנים, אמרה אלברט. חיישן אחד יכול לשמוע צליל, אך אינו מסוגל לספק נתוני מיקום כלל. אלברט אמרה כי "אמא שלי חירשת באוזן אחת, כך שקשה לה להבחין מאיזה כיוון הצליל מגיע". שתי אוזניים מאפשרות לבעלי חיים ולבני אדם לקבוע מהיכן מגיע הקול אותו הם שומעים.

מבנה של חמישה מיקרופונים, כמו בניסוי זה או בתצורה של חיישנים המקובעים לקרקע, מספק את אותו המידע – הכיוון ממנו מגיע הצליל. חוקרים מתאמים בין מספר מקורות איסוף הנתונים על מנת לבצע טריאנגולציה למקור הצליל.

לפי share-ng.sandia.gov, החישוב של מקור הצליל יכול להציב אתגר בפני החוקרים כאשר כל חיישן במערכת נע ביחס לחיישנים האחרים וביחס למקור הצליל, אומר באומן. רבים מאלגוריתמי המחשבים מניחים כי החיישנים הינם נייחים, כך שצוות המחקר היה חייב להתאימם כך שיכללו נתוני GPS.

באומן הציע את חיישני תת-הקול של הבלון הסולארי שלו כחלק מסדרת ניסויים פיזיקליים של מנהל הביטחון האטומי הלאומי. פרויקט זה מפתח גישות פיזיקליות חדשות וקיימות של ניטור פיצוצים גרעיניים תת-קרקעיים.

בנוסף לניטור ולשימוש בביטחון לאומי, באומן ואלברט מקווים להטיס את הבלונים שלהם בניסויים חוץ-ארציים.

באומן מסייע לפרויקט של מעבדת הסילון של נאס"א לנסות את כיוון החיישנים על גבי בלונים בכוכב נוגה, כדי להאזין לרעידות האדמה שם. נוגה דומה לכדור הארץ מבחינת המסה, אך שונה מאוד מבחינה גאולוגית, וכנראה שאין לו לוחות טקטוניים.

עוד אפשרות אותה בודק הצוות היא חיישנים מוסטים על כוכב צדק. צדק הוא ענק-גז (Gas giant) ושאלות מדעיות רבות פתוחות לגבי המבנה הפנימי והגאולוגיה שלו, שחיישני תת-קול יוכלו לסייע בפתירתן. "אנחנו עדיין רחוקים מרחק של עשורים ממשימת חלל אמיתית, אבל אני נרגש לראות כמה רחוק נוכל לקחת את זה", אומר באומן.

תוצאות מחקרו הקודם של באומן בהטסת בלונים בעלי חיישן תת-קול התפרסם בעיתון בשם Geophysical Research Letters, ולאחרונה גם ב- Journal of Geophysical Research: Atmospheres.

באומן אומר כי "זהו תחום מחקר חדש ומרגש. חיישני תת-קול הנישאים על בלונים פורחים לא יחליפו את החיישנים הקרקעיים, אך אני חושב כי הם יכולים לחזק אותם. והדבר המרגש ביותר הוא שנוכל להטיס את הכדורים הפורחים באטמוספירות שלכוכבי לכת אחרים כיד שנוכל ללמוד גם מהם.