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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 des 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 fin et sec de la stratosphère est l’endroit où les avions à réaction et les ballons météorologiques atteignent leur altitude maximale, et la couche relativement calme de l’atmosphère est rarement affectée par la turbulence.

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

Bowman et ses amis avaient auparavant monté des caméras sur des ballons météorologiques « pour prendre des photos du ciel noir au-dessus et de la terre en dessous » et avaient construit avec succès leur propre ballon solaire.

Il a suggéré d’attacher des enregistreurs d’infrasons aux 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 : « Personne n’avait essayé de mettre des microphones sur des ballons stratosphériques depuis un demi-siècle, nous nous sommes donc concentrés sur l’exploration de ce que cette nouvelle plate-forme pouvait faire », a déclaré Bowman. a dit. Liz est professeure de sciences de la Terre, de la mer et de l’environnement et étudie la sismologie et la volcanologie.

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

« Sur nos ballons solaires, nous avons enregistré des explosions chimiques de surface et des enterrements, du tonnerre, des vagues océaniques, des crashs d’hélicoptères, 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 d’origine incertaine. »

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Les résultats ont été partagés jeudi 184e réunion de l’American Vocal Society à Chicago.

L’enregistrement que Bowman a partagé depuis un ballon de la NASA autour de l’Antarctique contient des ultrasons du fracas des vagues de l’océan, qui ressemblent à un soupir continu. Mais d’autres hochets et bruissements ont des origines inconnues.

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Dans la stratosphère, « il y a de mystérieux signaux ultrasonores qui se produisent plusieurs fois par heure sur certains vols, mais leur source est complètement inconnue », a déclaré Bowman.

Bowman et ses collaborateurs ont fait des recherches en utilisant des ballons de la NASA et d’autres fournisseurs aérospatiaux, mais ont décidé de construire leurs propres ballons, chacun avec une envergure d’environ 19,7 à 23 pieds (6 à 7 mètres).

Les fournitures peuvent être trouvées dans les quincailleries et les magasins de feux d’artifice, 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 le sortir 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 qui s’assombrissent, 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 a accès au gymnase de l’école Tu pourrais construire un ballon solaireEt il existe également une application mobile appelée RedVox qui peut enregistrer les ultrasons », a déclaré Bowman.

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

Les chercheurs ont suivi leurs ballons à l’aide du système de positionnement global (GPS), car ils pouvaient 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 s’épuisent. 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 l’altitude plus élevée atteinte par les ballons signifie que les niveaux de bruit sont plus faibles et que la portée de détection est augmentée – et que tout le sol peut être atteint. Mais les ballons présentent également des défis pour les chercheurs. La stratosphère est un environnement extrême avec des variations sauvages de température entre le chaud et le froid.

« Les ballons solaires sont un peu lents et nous en avons détruit quelques-uns dans les buissons lorsque nous avons essayé de les lancer », a déclaré Bowman. « Nous avons dû marcher dans des canyons et à travers des montagnes pour récupérer nos charges utiles. Il était une fois, nos compatriotes de l’Oklahoma State avaient un ballon qui atterrissait dans un champ, passait la nuit, puis repartait dans les airs pour voler un autre toute la journée! »

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

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« Il y a tellement de vols qui transportent des signaux que nous ne comprenons pas d’où ils viennent », a déclaré Bowman. « C’est presque certainement banal, peut-être un point de turbulence, une violente tempête au loin, ou une sorte de chose humaine comme un train de marchandises – mais il est parfois difficile de savoir ce qui se passe parce qu’il y a si peu de données là-bas. »

Sarah Albert, géophysicienne aux Sandia National Laboratories, a enquêté sur un « conduit acoustique » – un canal qui transmet les sons sur de grandes distances à travers l’atmosphère – situé aux altitudes des études de Bowman. Ha Les enregistrements ont enregistré des lancements de missiles Et d’autres grognements non identifiés.

Randy Montoya/Laboratoires nationaux de Sandia

Les géophysiciens du Sandia National Laboratories (de gauche à droite) Daniel Bowman et Sarah Albert montrent un capteur d’infrasons et la boîte utilisée pour protéger les capteurs des températures extrêmes.

« Ce son peut être piégé dans le canal et réverbéré jusqu’à ce qu’il soit complètement bloqué », a déclaré Bowman. « Mais si c’est proche et assez calme (comme un endroit turbulent) ou loin et fort (comme une tempête lointaine) n’est pas encore clair. »

Bowman et Albert continueront d’étudier le canal acoustique atmosphérique et essaieront de déterminer d’où vient le grondement stratosphérique – et pourquoi certains vols l’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 entre les saisons et les lieux.

Des versions remplies d’hélium de ces ballons pourraient un jour être utilisées Explorez d’autres planètes comme Vénustransportant des instruments scientifiques au-dessus ou dans les nuages ​​de la planète pendant quelques jours comme vol d’essai pour des missions plus importantes et plus complexes.