Saulės radijo signalų naudojimas tiriant tirpstančius ledo sluoksnius

Eksperimentinė įrengimo ir bandymo vieta „Store Glacier“ (Grenlandija). Mokslininkai konceptualizavo baterijomis maitinamą imtuvą su antena, pritvirtinta ant ledo, ir galėjo išmatuoti ledo storį naudodamas saulės radijo bangas. Autorius: Seanas Petersas

Naujas ledo dangų matymo būdas naudojant saulės radijo signalus gali suteikti pigų, mažai energijos naudojančią ir išsamų stebėjimą, kuris prisideda prie ledo sluoksnių evoliucijos ir jūros lygio kilimo.

Saulė yra baisus elektromagnetinio sklaidos šaltinis – chaotiška, atsitiktinė energija, kurią skleidžia didelis dujų kamuolys, patenkantis į Žemę plačiu radijo dažnių diapazonu. Tačiau tokiu sutapimu Stanfordo mokslininkai sukūrė galingą įrankį ledo ir poliariniams pokyčiams Žemėje ir Saulės sistemoje stebėti.

Naujame tyrime glaciologų ir elektros inžinierių komanda parodė, kaip natūraliai iš saulės gaunamus radijo signalus galima paversti pasyvia radarų sistema, kad būtų galima išmatuoti ledo sluoksnių gylį, ir sėkmingai išbandyti ant ledo Grenlandijoje. Technika išsamiai aprašyta žurnale Geofizinių tyrimų laiškai Pasak mokslininkų, 2021 m. liepos 14 d. gali būti pigesnės, mažesnės galios ir labiau paplitusios alternatyvos šiuolaikiniams duomenų rinkimo metodams. Ši pažanga galėtų suteikti plačią ir ilgalaikę įžvalgą apie ledo sluoksnių ir ledynų tirpimą, vieną pagrindinių jūros lygio kilimo, keliančio grėsmę pakrančių gyventojams visame pasaulyje, priežastis.

Signalų pilnas dangus

Ore sklindantis ledo radaras – pagrindinė srauto terpė, skirta rinkti išsamią informaciją apie poliarinį sluoksnį – yra bandomasis orlaivis, į kurį įeina didelės galios sistema, perduodanti „aktyvų“ radaro signalą per ledo sluoksnį. Tačiau šiam darbui reikalingi resursai ir pateikiama tik informacija apie skrydžio sąlygas.

Priešingai, tyrėjų sampratos įrodymas naudoja baterijomis maitinamą imtuvą su ant ledo uždėta antena, kad nustatytų, kaip saulės radijo bangos krinta į Žemę, ledo dangą ir žemiau žemės lygio. Kitaip tariant, vietoje to, kad perduotų savo signalą, sistema naudoja natūraliai atsirandančias radijo bangas, kurios jau juda žemyn nuo saulės, branduoliu varomo siųstuvo danguje. Jei ši sistema bus visiškai miniatiūrizuota ir patalpinta į įvairiausius jutiminius tinklus, tai suteiks precedento neturintį vaizdą apie Žemės evoliuciją sparčiai besikeičiančiomis poliarinėmis sąlygomis, teigė mokslininkai.

“Mūsų tikslas yra sukurti kursą, kuriame būtų sukurtas mažo šaltinio jutiklių tinklas, kuris iš tikrųjų stebi požemines sąlygas plačiu mastu”, – sakė pagrindinis autorius Seanas Petersas, kuris tyrinėjo kaip magistrantas Stanforde ir dabar dirba MIT Lincoln Laboratorija. “Tai gali būti sunku naudojant aktyvius jutiklius, tačiau ši pasyvi technika leidžia mums naudoti mažai išteklių reikalaujančias programas”.

Atsitiktinis pranašumas

Be matomos ir kitokios šviesos, saulė nuolat skleidžia radijo bangas plačiu, atsitiktiniu dažnių spektru. Mokslininkai pasinaudojo šiuo chaosu savo naudai: jie parašė saulės radioaktyvumo kūrinį, kuris skambėjo kaip daina, kuri niekada nebus kartojama, ir tada klausėsi šio unikalaus parašo garsu, sukurtu, kai saulės radijo bangos šoktelėjo iš apačios. . ledo sluoksnis. Išmatavus vėlavimą tarp pradinio įrašymo ir aido, jie gali apskaičiuoti atstumą tarp paviršiaus imtuvo ir ledo sluoksnio, taigi ir jo storį.

Atlikdami bandymus „Store Glacier“ vakarų Grenlandijoje mokslininkai apskaičiavo maždaug 11 mikrosekundžių vėlavimo laiką, o tai ledo storį sudarė apie 3000 pėdų – tai atitinka tuos pačius matavimus iš žemės ir oro. radaras.

„Atlikti matematiką ir fiziką ir tikėti, kad viskas yra įmanoma, žinoma, vienas dalykas, kitas dalykas yra pamatyti aidą ledo dangos dugne, naudojant saulės šviesą“, – sako vyresnysis autorius Dustinas Schroederis, Stanfordo žemės energetikos docentas. ir geofizika Aplinkos mokslų mokykloje (Stanfordo žemėje).

Nuo Jupiterio iki saulės

Idėją naudoti pasyvias radijo bangas ledo storio geofiziniams matavimams rinkti iš pradžių pasiūlė NASA reaktyvinių variklių laboratorijos tyrimų autorius Andrew Romero-Wolfas kaip Jupiterio ledinių mėnulių tyrimo metodas. Kai Schroederis ir Romero-Wolfas kartu su kitais dirbo misijoje, paaiškėjo, kad paties Jupiterio sukurtos radijo bangos trukdys jų aktyvioms ledą nešiojančioms radarų sistemoms. Tuo pačiu metu Romero-Wolf suprato, kad nestabili Jupiterio radijo transliacija gali būti jėga, jei jos bus paverstos šaltiniu tyrinėti požeminę mėnulio dalį.

“Mes pradėjome diskutuoti šiuo klausimu Jupiterio Europos mėnulio kontekste, bet tada supratome, kad jei Jupiterį pakeisime saule, jis turės dirbti stebėdamas Žemės ledo dangas”, – sakė Schroederis.

Iš ten tyrėjų grupė ėmėsi užduoties atskirti radioaktyvias atliekas nuo saulės aplinkos, norėdama sužinoti, ar jas galima naudoti ledo storiui matuoti. Šis metodas apima dalį 200–400 MHz Saulės dažnių diapazono pakėlimą į aukštesnį lygį nei kitų dangaus kūnų triukšmas, didelio duomenų kiekio apdorojimą ir dirbtinio elektromagnetizmo šaltinių, tokių kaip televizija, FM radijas ir elektroninė įranga, pašalinimą.

Sistema veikia tik tada, kai saulė yra virš horizonto, šios koncepcijos įrodymas atveria galimybę ateityje prisitaikyti prie kitų natūralių ir dirbtinių radijo šaltinių. Autoriai taip pat tęsia savo originalias idėjas, kaip šią techniką pritaikyti kosminėms misijoms, naudojant aplinkos energiją, kurią skleidžia kiti astronominiai šaltiniai, pavyzdžiui, dujų milžinas „Jupiteris“.

“Peržengus planetos tyrimų jautrumo technologijos ribas, mes galime peržengti jutiminės technologijos, skirtos klimato pokyčiams, ribas”, – sakė Schroederis. „Ledo dangų sekimas klimato kaitos metu ir ledinių mėnulių tyrimas nežemiškose planetose yra labai mažai išteklių reikalaujanti aplinka, kurioje turite sukurti elegantiškus jutiklius, kuriems nereikia daug energijos.“

Nuoroda: „Glasiologinis stebėjimas kaip radijo šaltinis, leidžiantis aptikti aidą nuo saulės“. ST Peters, DM Schroeder, W. Chu, D. Castelletti, MS Haynes, P. Christoffersen ir A. Romero-Wolf, 2021 m. Liepos 14 d., Geofizinių tyrimų laiškai.
DOI: 10.1029 / 2021GL092450

Schroederis taip pat yra Stanfordo Vudso aplinkos instituto elektrotechnikos docentas ir mandagumo centro darbuotojas. Tyrimo bendraautoriai yra Winnie Chu iš Džordžijos technologijos instituto; Davide Castelletti, geofizikos pareigūnas, šiuo metu „Capella Space“; Markas Haynesas iš NASA reaktyvinių variklių laboratorijos; ir Paulas Kristoffersenas iš Scott Polar tyrimų instituto ir Kembridžo universiteto Geografijos katedros.

Šį tyrimą iš dalies finansavo NASA kriosferos mokslas.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Dirbtinis skrandžio prototipas atskleidžia skysčių virškinimo dinamiką

Iliustracija, rodanti srauto lauką ir lašelių disociaciją aplink antralinę susitraukimo bangą. Kreditas: Damien Dufour. Lašelių plyšimas rodo, kaip apatinės pilvo susitraukimo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.