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Riesige Solarballons wurden 70.000 Fuß in die Luft geschickt, um die Geräusche der Stratosphäre der Erde aufzuzeichnen – und Mikrofone nahmen einige unerwartete Geräusche auf.
Die Stratosphäre ist die zweite Schicht der Erdatmosphäre und ihre untere Ebene enthält die Ozonschicht, die laut NASA die ultraviolette Strahlung der Sonne absorbiert und streut. In der dünnen, trockenen Luft der Stratosphäre erreichen Düsenflugzeuge und Wetterballons ihre maximale Höhe, und die relativ ruhige Schicht der Atmosphäre wird selten von Turbulenzen beeinträchtigt.
Daniel Bowman, leitender Wissenschaftler an den Sandia National Laboratories in New Mexico, wurde während seines Graduiertenstudiums dazu inspiriert, die akustische Landschaft der Stratosphäre zu erforschen, nachdem er mit den niederfrequenten Geräuschen vertraut gemacht wurde, die von Vulkanen erzeugt werden. Dieses Phänomen wird als Ultraschall bezeichnet und ist für das menschliche Ohr nicht hörbar.
Bowman und seine Freunde hatten zuvor Kameras auf Wetterballons montiert, „um Bilder vom schwarzen Himmel oben und der Erde unten zu machen“ und hatten erfolgreich ihren eigenen Solarballon gebaut.
Er schlug vor, an den Ballons Infraschallrekorder anzubringen, um die Geräusche von Vulkanen aufzuzeichnen. Doch dann stellten er und sein Berater Jonathan Lees von der University of North Carolina, Chapel Hill, fest: „Ein halbes Jahrhundert lang hatte niemand versucht, Mikrofone an Stratosphärenballons anzubringen, also konzentrierten wir uns darauf, herauszufinden, was diese neue Plattform leisten könnte“, so Bowman genannt. Liz ist Professorin für Erd-, Meeres- und Umweltwissenschaften und forscht in den Bereichen Seismologie und Vulkanologie.
Sensoren können Ballons doppelt so hoch bringen wie Verkehrsflugzeuge.
„Auf unseren Solarballons haben wir chemische Explosionen und Verschüttungen an der Oberfläche, Donner, Meereswellen, Hubschrauberabstürze, Stadtgeräusche, suborbitale Raketenstarts, Erdbeben und vielleicht sogar Güterzüge und Düsenflugzeuge aufgezeichnet“, sagte Bowman per E-Mail. „Wir haben auch Geräusche unklarer Herkunft aufgenommen.“
Die Ergebnisse wurden am Donnerstag bekannt gegeben 184. Treffen der American Vocal Society in Chicago.
Die Aufnahme, die Bowman von einem NASA-Ballon um die Antarktis aus geteilt hat, enthält Ultraschallbilder des Krachens der Meereswellen, die wie ein kontinuierliches Seufzen klingen. Aber auch andere Rasseln und Rascheln haben unbekannte Ursprünge.
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In der Stratosphäre „gehen auf einigen Flügen einige Male pro Stunde mysteriöse Ultraschallsignale aus, deren Quelle jedoch völlig unbekannt ist“, sagte Bowman.
Bowman und seine Mitarbeiter führten Forschungen mit Ballons der NASA und anderen Luft- und Raumfahrtanbietern durch, beschlossen jedoch, ihre eigenen Ballons zu bauen, jeder mit einer Spannweite von etwa 19,7 bis 23 Fuß (6 bis 7 Meter).
Zubehör gibt es in Baumärkten und Feuerwerksgeschäften, und Ballons können auf einem Basketballplatz zusammengebaut werden.
„Jeder Ballon besteht aus Malerplastik, Klebeband und Holzkohlestaub“, sagte Bowman per E-Mail. Die Herstellung kostet etwa 50 US-Dollar und ein Zweierteam kann in etwa 3,5 Stunden eines bauen. Man bringt es einfach an einem sonnigen Tag auf ein Feld und füllt es mit Luft, und schon kann es ein Pfund Nutzlast auf etwa 70.000 Fuß befördern.“
Im Inneren der Ballons wird Holzkohlestaub verwendet, um sie zu verdunkeln. Wenn die Sonne auf die verdunkelnden Ballons scheint, erwärmt sich die Luft im Inneren und erhält Auftrieb. Das kostengünstige und einfache DIY-Design bedeutet, dass Forscher mehrere Ballons loslassen können, um so viele Daten wie möglich zu sammeln.
Daleel Star Engineering LLC / Sandia National Laboratories
Diese Ansicht wurde von einem solarbetriebenen Heißluftballon in den Sandia National Laboratories etwa 21 Kilometer über der Erdoberfläche aufgenommen.
„Wirklich, eine Gruppe von Oberstufenschülern hat Zugang zur Schulturnhalle Du könntest einen Solarballon bauenUnd es gibt auch eine mobile App namens RedVox, die Ultraschallbilder aufzeichnen kann“, sagte Bowman.
Bowman schätzt, dass er zwischen 2016 und April dieses Jahres Dutzende Solarballons gestartet hat, um Infraschallaufzeichnungen zu sammeln. Mikrometer, die ursprünglich zur Überwachung von Vulkanen entwickelt wurden, wurden an Ballons befestigt, um niederfrequente Geräusche aufzuzeichnen.
Die Forscher verfolgten ihre Ballons mithilfe des Global Positioning System (GPS), da sie Hunderte von Kilometern zurücklegen und an ungünstigen Orten landen konnten.
Der bisher längste Flug dauerte 44 Tage an Bord eines Heliumballons der NASA, der 19 Tage lang Daten aufzeichnete, bevor die Batterien im Mikrofon leer waren. Mittlerweile dauern Solarballonflüge im Sommer in der Regel etwa 14 Stunden und landen, sobald die Sonne untergeht.
01:22 – Quelle: CNN
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Der Vorteil der größeren Höhe, die die Ballons erreichen, bedeutet, dass der Lärmpegel geringer ist und die Erfassungsreichweite erhöht wird – und der gesamte Boden erreicht werden kann. Doch Ballons stellen Forscher auch vor Herausforderungen. Die Stratosphäre ist eine extreme Umgebung mit starken Temperaturschwankungen zwischen heiß und kalt.
„Die Solarballons sind etwas langsam und wir haben einige im Gebüsch zerstört, als wir versuchten, sie zu starten“, sagte Bowman. „Wir mussten durch Schluchten und durch Berge wandern, um unsere Nutzlasten zu bekommen. Es war einmal, als unsere Landsleute aus Oklahoma State einen Ballon hatten, der auf einem Feld landete, die Nacht verbrachte und dann wieder in die Luft stieg, um einen anderen zu fliegen ganzer Tag!“
Erkenntnisse aus mehreren Ballonflügen haben den Prozess etwas einfacher gemacht, aber jetzt besteht die größte Herausforderung für Forscher darin, die während der Flüge aufgezeichneten Signale zu identifizieren.
„Es gibt so viele Flüge, die Signale übertragen, dass wir nicht verstehen, woher sie kommen“, sagte Bowman. „Es ist mit ziemlicher Sicherheit banal, vielleicht ein Ort mit Turbulenzen, ein schwerer Sturm in der Ferne oder irgendein menschliches Ding wie ein Güterzug – aber manchmal ist es schwer zu wissen, was vor sich geht, weil es dort so wenig Daten gibt.“
Sarah Albert, Geophysikerin an den Sandia National Laboratories, untersuchte einen „akustischen Kanal“ – einen Kanal, der Schall über große Entfernungen durch die Atmosphäre überträgt – der sich in den Höhen befindet, in denen Bowman seine Studien durchgeführt hat. Ha Die Aufnahmen dokumentierten Raketenstarts Und andere unbekannte Grübeleien.
Randy Montoya/Sandia National Laboratories
Die Geophysiker der Sandia National Laboratories (von links), Daniel Bowman und Sarah Albert, zeigen einen Infraschallsensor und die Box, die die Sensoren vor extremen Temperaturen schützt.
„Dieser Ton kann im Kanal gefangen bleiben und zurückhallen, bis er vollständig blockiert ist“, sagte Bowman. „Aber ob es nah und ziemlich ruhig (wie ein turbulenter Ort) oder weit und laut (wie ein entfernter Sturm) ist, ist noch nicht klar.“
Bowman und Albert werden weiterhin den atmosphärischen akustischen Kanal untersuchen und versuchen herauszufinden, woher das stratosphärische Grollen kommt – und warum manche Flüge es aufzeichnen, andere jedoch nicht.
Bowman ist bestrebt, die Klanglandschaft der Stratosphäre zu verstehen und wichtige Merkmale wie die Variabilität über Jahreszeiten und Standorte hinweg zu erschließen.
Heliumgefüllte Versionen dieser Ballons könnten eines Tages verwendet werden Entdecken Sie andere Planeten wie die Venusder als Testflug für größere und komplexere Missionen einige Tage lang wissenschaftliche Instrumente über oder in den Wolken des Planeten transportiert.
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