Землю постоянно бомбардируют фрагменты камней и льда, также известные как метеороиды, из космоса. Большинство метеороидов крошечные, как песчинки и мелкие камешки, и полностью сгорают высоко в атмосфере. Вы можете увидеть метеороиды размером больше мяча для гольфа, когда они загораются как метеоры или падающие звезды темной ясной ночью.
В то время как очень маленькие метеороиды являются обычным явлением, более крупные — размером с посудомоечную машину — нет.
Метеороиды — сложные объекты для изучения исследователями аэрокосмической и геофизики, такими как мы, потому что мы обычно не можем предсказать, когда и где они встретятся в атмосфере. Но в очень редких случаях мы можем изучать искусственные объекты, входящие в атмосферу, подобно метеороиду.
Эти объекты происходят из космических миссий, предназначенных для транспортировки физических образцов внеземных цивилизаций из космоса на Землю. Из-за этого сходства с поступающими метеороидами мы часто называем эти капсулы для возврата образцов, или SRC, «искусственными метеорами».
Более 80 исследователей из более чем дюжины учреждений недавно работали вместе над изучением такого «искусственного метеора» — капсулы возврата образцов OSIRIS-REx НАСА — когда он снова вошел в атмосферу Земли.
В число этих учреждений входили Национальные лаборатории Сандии, Лаборатория реактивного движения НАСА, Национальная лаборатория Лос-Аламоса, Агентство по уменьшению угрозы обороны, TDA Research Inc., Гавайский университет, Исследовательская лаборатория ВВС, Институт атомного оружия «Блэкнест», Государственный университет Бойсе, Айдахо. Национальная лаборатория, Университет Джона Хопкинса, Технологический университет Кочи, Зона национальной безопасности Невады, Южный методистский университет, Университет Мемфиса и Университет штата Оклахома.
Этот возврат образца предоставил нашим командам уникальную возможность измерить звуковые волны и другие явления, которые производят объекты из космоса, когда они проносятся через атмосферу Земли.
Для улавливания сигналов мы установили множество чувствительных микрофонов и других инструментов в ключевых местах вблизи траектории полета SRC.
В то время как космические агентства и частные компании постоянно запускают объекты в космос, OSIRIS-REx SRC — один из немногих объектов, вернувшихся на Землю из межпланетного пространства после окончания миссий «Аполлон». Только эти объекты могут достигать скорости естественных метеороидов, что делает их возвращение в атмосферу ценным для изучения свойств природных объектов.
Отбор пробы астероида
НАСА запустило миссию «Происхождение, спектральная интерпретация, идентификация ресурсов, безопасность, исследователь реголита» или OSIRIS-REx 8 сентября 2016 года. Она отправилась к Бенну, околоземному астероиду, и собрала образец с его поверхности в октябре 2016 года. 2020.
Образец вернулся на Землю ранним утром 24 сентября 2023 года в капсуле для возврата образцов. SRC снова вошел в атмосферу Земли над Тихим океаном на скорости более 27 000 миль в час (43 500 км/ч) и приземлился в штате Юта всего через несколько минут.
SRC производят ударную волну, когда они погружаются глубоко в атмосферу, что похоже на звуковой удар, создаваемый сверхзвуковой струей, преодолевающей звуковой барьер. Затем ударная волна теряет силу, пока не остается только низкочастотный звук, называемый инфразвуком.
Хотя люди не могут слышать инфразвук, чувствительные научные инструменты могут его обнаружить даже на больших расстояниях. Некоторые из этих инструментов находятся на земле, а другие подвешиваются в воздухе на воздушных шарах.
Капсула возврата образцов Бенну. Фото: Киган Барбер/НАСА.
Наблюдение за SRC
Наши группы ученых воспользовались возвращением SRC как возможностью узнать больше о метеорах. Одна из команд, возглавляемая Сиддхартом Кришнамурти из Лаборатории реактивного движения НАСА, использовала SRC при входе в атмосферу для испытаний воздушных шаров, обнаруживающих инфразвук, которые впоследствии можно было использовать на планете Венера.
Другая группа, возглавляемая одной из нас — Элизабет Зильбер — и Дэнни Боуманом из Sandia National Labs, использовала SRC, чтобы лучше понять, как мы можем использовать звук для [gather information about meteoroids].
В этих наблюдательных кампаниях приняли участие исследователи из многих учреждений по всей стране.
Наши команды стратегически расположили инструменты в местах на расстоянии 300 миль (482 км), от Юрики, штат Невада, до места приземления в штате Юта. Инструменты варьировались от высокотехнологичных специальных датчиков до смартфонов, установленных на земле вокруг траектории полета и места посадки SRC. Они следили за низкочастотными звуковыми волнами при входе в атмосферу SRC.
В дополнение к наземным датчикам наши исследователи прикрепили инструменты к воздушным шарам, которые во время входа SRC плавали на высоте вдвое большей, чем коммерческие самолеты. Датчики, прикрепленные к этим воздушным шарам, зафиксировали звуковые волны, создаваемые ударной волной SRC. Эти звуковые волны несли информацию о SRC, его движении и среде, через которую он проходил.
Командам, занимающимся воздушными шарами, пришлось тщательно рассчитывать время полета воздушных шаров, чтобы убедиться, что они окажутся в правильном положении, когда SRC пройдет. Члены команды из Лаборатории реактивного движения НАСА, Университета штата Оклахома и Национальной лаборатории Сандии запустили несколько различных типов воздушных шаров перед рассветом из Юрики, штат Невада.
Один из ранних утренних запусков воздушных шаров с датчиками для обнаружения низкочастотного звука при входе в атмосферу капсулы OSIRIS-REx. Кредит: Брайан Элбинг
Исследователи из ОГУ, Сандии и Гавайского университета также разместили наземные инфразвуковые датчики ближе к месту приземления SRC, вдоль границы Юты и Невады и в аэропорту Вендовер. Хотя SRC уже замедлялся, а аэропорт Вендовер находился примерно в три раза дальше от траектории полета, чем развертывание «Эврики», мы также обнаружили четкий инфразвуковой сигнал на этом месте.
Исследователи этих групп сейчас анализируют данные, чтобы определить точки на траектории, где инструменты зафиксировали сигналы входа SRC. Поскольку траектория полета SRC составляла примерно 300 миль (482 км), исследователям необходимо выяснить точки происхождения сигналов, когда их обнаруживали различные датчики.
Это был самый оснащенный гиперзвуковой вход в атмосферу в истории.
Это исследование поможет нашим командам выяснить, по каким закономерностям распространялись низкочастотные звуковые волны в атмосфере и где ударная волна была с максимальной интенсивностью.
Пока наши команды все еще анализируют данные, предварительные результаты показывают, что наши инструменты уловили множество сигналов, которые помогут будущим исследованиям использовать низкочастотные звуковые волны для изучения метеоров.
А понимание тонкостей того, как низкочастотные звуковые волны распространяются через атмосферу, может помочь исследователям использовать инфразвук для обнаружения опасностей на Земле, таких как торнадо и лавины.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
