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@ 2022.04.30 , 12:09

听说过海洋中的SOFAR通道吗?科学家一直试图寻找大气中的神秘对应物

若你是潜艇或鲸鱼爱好者,或许听说过,在海下约 1 公里深处,有一条神秘的声音隧道,可以远距离传送鲸鱼的叫声和潜艇的马达噪音。

自科学家在 1940 年代发现这一声音固着和可测距 (SOFAR) 通道后,他们就怀疑大气中也存在类似的管道。但除了一项绝密的冷战行动外,很少有人费心去寻找它。

现在,通过使用太阳能气球聆听遥远的火箭发射声,研究人员表示,他们终于发现了空中声音通道的线索,尽管它的功能似乎不像海洋 SOFAR 那样简单或可靠。如果得到证实,大气 SOFAR 可能为空中接收器网络铺平道路,该网络可以帮助研究人员监听来自火山、炸弹和其他次声(低于人类听觉频率的声波)源的活动。

西雅图华盛顿大学的海洋地震学家威廉·威尔科克说:“把那些 [探测器] 放在声音通道上会有很大帮助。尽管地面上的地震传感器接收到了地球上大部分最响亮的爆裂声,但地球的只有某些区域可被很好地覆盖,而其他区域则没有。”

在海洋中,SOFAR 通道由上方较暖、较轻的水层和下方较冷、较稠密的水层界定。声波在这个深度以最慢的速度传播,被困在通道内,像保险杠引导的保龄球一样从周围的层反弹。研究人员依靠 SOFAR 频道监测海底下的地震和火山喷发,甚至测量全球变暖导致的海洋温度升高。

在 1944 年地球物理学家莫里斯·尤因发现 SOFAR 通道后,他开始在天空中寻找类似的层。在 10 到 20 公里的高度是对流层顶,它是对流层、大气最低层(天气发生的地方)和平流层之间的边界。与海洋 SOFAR 一样,对流层顶代表一个寒冷的地区,声波应该传播得更慢更远。尤因推断,大气中的声波导将允许美国空军监听苏联的核武器试验。他发起了一项代号为“大亨计划”的绝密实验,该实验将装有次声麦克风的热气球升空。

这些仪器经常在大风中发生故障,1947 年,一个气球的碎片在新墨西哥州罗斯威尔郊外坠毁。那次事故引出了历史上最著名的不明飞行物阴谋论之一。不久之后,军方解散了该项目。但该任务近 50 年没有解密。南佛罗里达大学的火山地震学家斯蒂芬麦克纳特说,到那时,冷战紧张局势已经平息,大气声学研究几乎已经消失。 “突然之间,地毯被拉了出来,次声波在 30 或 40 年内都没有得到任何资助,”他说。

但新墨西哥州桑迪亚国家实验室的地球物理学家莎拉·阿尔伯特从未放弃这个想法。她对可以在稳定高度被动漂浮的新型太阳能气球和可以远距离连续广播数据的无线遥测技术的潜力很感兴趣。

配备了现代技术,她和同事驱车前往阿尔伯克基附近的一个机场,并于 2021 年 4 月 14 日在日出时发射了一个气球。时间对应蓝色起源的新谢泼德火箭的发射,该火箭在 400 多公里外的德克萨斯州范霍恩升空。研究人员上周在美国地震学会年会上透露,气球漂浮在假定的声音通道内,从接收到三个清晰的信号——一个是在火箭发射时发出的,另外两个是在它上升和下降穿过对流层顶时发出的。这次观测标志着首次使用机载接收器对远处机载源进行验证的次声探测。

但令他们惊讶的是,科学家们还在频道中拾取了其他声音。 “每小时会发生几次性质未知的次声事件,”桑迪亚的地球物理学家和该项目的合作者丹尼尔鲍曼说。 “而且没有很好的解释。”

更令人困惑的是,该团队于 2021 年 9 月 27 日在加利福尼亚州范登堡空军基地再次发射火箭,重复了该实验,但根本没有看到任何信号。阿尔伯特说,尽管这次新火箭发射的距离是德克萨斯州的三倍,但他们仍然希望大气 SOFAR 通道将声波从火箭传送到气球。

“我确实相信存在一个 atmo-SOFAR 频道,但我并不相信它一直都存在,并且它可以像我们之前想象的那样引导声音。”这是有道理的,她补充说,因为风和温度变化使对流层顶比稳定的海洋通道更紊乱。

展望未来,研究人员计划收听多个气球在不同高度交错的发射,以确定通道效应最强的地方。他们还计划测试信号的范围并调查神秘的背景噪声。

阿尔伯特说,了解通道功能如何有助于为未来的空中次声网络奠定基础,该网络将不断监测地球的重大爆炸和喷发。 “在有火山和有限次声网络的地区,在空中有一个气球或气球网络可以填补这个空白。”

例如,当 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 于 1 月份在汤加爆发时,最近的地面探测器在 750 多公里之外,放置一个气球阵列可以帮助确定这些远程事件的位置、时间和规模。

“地球四分之三是水,仪器不喜欢待在水面上,”鲍曼说。 “拥有空中视角……让我们能够提出您在地面上根本无法提出的问题。”

https://www.science.org/content/article/balloon-detects-first-signs-sound-tunnel-sky


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