Balões solares registram estrondos misteriosos da estratosfera da Terra

Balões solares gigantes foram enviados a 70.000 pés de altura para gravar sons da estratosfera da Terra – e os microfones captaram alguns sons inesperados.

A estratosfera é a segunda camada da atmosfera da Terra, e seu nível inferior contém a camada de ozônio que absorve e espalha a radiação ultravioleta do sol, de acordo com a Nasa.

O ar rarefeito e seco da estratosfera é onde os aviões a jato e os balões meteorológicos atingem sua altitude máxima, e a camada atmosférica relativamente calma raramente é perturbada pela turbulência.

Daniel Bowman, principal cientista do Sandia National Laboratories no Novo México, foi inspirado na pós-graduação a explorar a paisagem sonora da estratosfera depois de ser apresentado aos sons de baixa frequência gerados por vulcões.

Conhecido como infrassom, o fenômeno é inaudível ao ouvido humano.

Bowman e seus amigos já haviam colocado câmeras em balões meteorológicos “para tirar fotos do céu negro acima e da Terra bem abaixo” e construíram com sucesso seu próprio balão solar.

Ele propôs anexar gravadores de infrassom a balões para gravar os sons dos vulcões. Mas então ele e seu conselheiro Jonathan Lees, da Universidade da Carolina do Norte, Chapel Hill, “perceberam que ninguém havia tentado colocar microfones em balões estratosféricos por meio século, então nos concentramos em explorar o que essa nova plataforma poderia fazer”.

Lees é professor de ciências da Terra, marinhas e ambientais que pesquisa sismologia e vulcanologia.

Os balões podem levar sensores duas vezes mais altos do que os jatos comerciais podem voar.

“Em nossos balões solares, registramos explosões químicas superficiais e enterradas, trovões, colisões de ondas oceânicas, aeronaves a hélice, sons de cidades, lançamentos de foguetes suborbitais, terremotos e talvez até trens de carga e aviões a jato”, disse Bowman por e-mail. “Também gravamos sons cuja origem não é clara.”

As descobertas foram compartilhadas na quinta-feira no 184º Encontro da Sociedade Acústica da América em Chicago.

Uma gravação compartilhada por Bowman de um balão da Nasa que circulou a Antártica contém infra-som de ondas oceânicas em colisão, que soam como suspiros contínuos. Mas outros estalos e farfalhar têm origens desconhecidas.

Na estratosfera, “existem misteriosos sinais de infrassom que ocorrem algumas vezes por hora em alguns voos, mas a fonte deles é completamente desconhecida”, disse Bowman.

Construindo balões solares Bowman e seus colaboradores realizaram pesquisas usando balões da Nasa e outros fornecedores de voos, mas decidiram construir seus próprios balões, cada um medindo cerca de 6 a 7 metros de diâmetro.

Os suprimentos podem ser encontrados em lojas de ferragens e materiais pirotécnicos, e os balões podem ser montados em uma quadra de basquete. “Cada balão é feito de plástico de pintor, fita adesiva e pó de carvão”, disse Bowman por e-mail.

“Eles custam cerca de US$ 50 para fazer e uma equipe de dois pode construir um em cerca de 3,5 horas. Basta trazê-lo para um campo em um dia ensolarado e enchê-lo de ar, e ele carregará meio quilo de carga até cerca de 70.000 pés.”

O pó de carvão é usado dentro dos balões para escurecê-los e, quando o sol incide sobre os balões escuros, o ar dentro deles se aquece e fica flutuante. O design DIY barato e fácil significa que os pesquisadores podem liberar vários balões para coletar o máximo de dados possível.

“Realmente, um grupo de alunos do ensino médio com acesso ao ginásio da escola poderia construir um balão solar, e há até mesmo um aplicativo de celular chamado RedVox que pode gravar infra-som”, disse Bowman.

Bowman estimou que lançou várias dezenas de balões solares para coletar gravações de infrassom entre 2016 e abril deste ano.

Microbarômetros, originalmente projetados para monitorar vulcões, foram anexados aos balões para gravar sons de baixa frequência.

Os pesquisadores rastrearam seus balões usando GPS, já que eles podem viajar por centenas de quilômetros e pousar em locais inconvenientes.

O voo mais longo até agora foi de 44 dias a bordo de um balão de hélio da Nasa, que registrou 19 dias de dados antes que as baterias do microfone acabassem. Enquanto isso, os voos de balão solar tendem a durar cerca de 14 horas durante o verão e pousam assim que o sol se põe.

Desvendando sons misteriosos

A vantagem da grande altitude alcançada pelos balões significa que os níveis de ruído são menores e o alcance de detecção é aumentado — e toda a Terra é acessível. Mas os balões também apresentam desafios para os pesquisadores.

A estratosfera é um ambiente hostil com grandes flutuações de temperatura entre calor e frio. “Os balões solares são um pouco lentos e quebramos alguns em arbustos ao tentar lançá-los”, disse Bowman.

“Tivemos que caminhar por desfiladeiros e montanhas para pegar nossas cargas. Uma vez, nossos colegas do estado de Oklahoma fizeram um balão pousar em um campo, passar a noite e se lançar de volta ao ar para voar outro dia inteiro!”

As lições aprendidas com vários voos de balão facilitaram um pouco o processo, mas agora o maior desafio para os pesquisadores é identificar os sinais registrados durante os voos.

“Existem muitos voos com sinais cuja origem não entendemos”, disse Bowman.

“Eles são quase certamente mundanos, talvez um pedaço de turbulência, uma tempestade severa distante ou algum tipo de objeto humano como um trem de carga – mas às vezes é difícil dizer o que está acontecendo devido à falta de dados lá em cima.”

Sarah Albert, geofísica do Sandia National Laboratories, investigou um “canal de som” – um canal que transporta sons por grandes distâncias através da atmosfera – localizado nas altitudes estudadas por Bowman.

Suas gravações capturaram lançamentos de foguetes e outros estrondos não identificados.

“Pode ser que o som fique preso no canal e ecoe até ficar completamente distorcido”, disse Bowman. “Mas se está perto e razoavelmente quieto (como um pedaço de turbulência) ou distante e alto (como uma tempestade distante) ainda não está claro.”

Bowman e Albert continuarão a investigar o canal de som aéreo e tentarão determinar de onde se originam os ruídos da estratosfera – e por que alguns voos os registram enquanto outros não.

Bowman está ansioso para entender a paisagem sonora da estratosfera e desvendar os principais recursos, como a variabilidade entre estações e locais.

É possível que versões cheias de hélio desses balões possam um dia ser usadas para explorar outros planetas como Vênus, carregando instrumentos científicos acima ou dentro das nuvens do planeta por alguns dias como um voo de teste para missões maiores e mais complexas.