Верхние слои атмосферы Земли — чувствительный детектор стихийных природных явлений

Ученые научились фиксировать взрывы небольшой мощности на большом расстоянии от их эпицентров – в ионизированной области атмосферы

Инфразвук от взрыва мощностью 1т в тротиловом эквиваленте обнаруживается с помощью импульсного доплеровского радара ионосферы. Новая техника может помочь в оперативном обнаружении и отслеживании извержений вулканов, землетрясений и других природных бедствий.

Взрывы даже небольшой мощности генерируют огромное количество акустических волн в широком диапазоне частот. В то время как высокие частоты быстро поглощаются атмосферой, самые низкие частоты в инфразвуковой части спектра, неслышимой слухом, способны распространяться на большие расстояния. Обычно этот инфразвук обнаруживается на земле с помощью высокочувствительного прослушивающего оборудования, такого как микробарометры. Ученые из США представили другой метод, в котором использовали тот факт, что верхние слои атмосферы ионизированы, и поэтому являются хорошей целью для радара. Когда звуковая волна проходит через ионосферу, она выплескивает объемные ионы так, что обнаруживает колеблющуюся радиолокационную цель. Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Space Science.

Исследователи обнаружили волновые эффекты небольших взрывов на уровне земли на высоте 100 км. Метод дистанционного зондирования можно использовать для мониторинга в сотни раз более слабых взрывоопасных явлений, чем это было возможно раньше. В ионосфере, возникают полярные сияния, когда заряженные частицы Солнца сталкиваются с атомами и заставляют их светиться. Но взрывы, бушующие снизу, также могут возмущать ионосферу. В 2022 году извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в южной части Тихого океана вызвало рябь в ионосфере, которая была обнаружена за тысячи километров. В 1979 году ныне несуществующий радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико обнаружил возмущение ионосферы, связанное с предполагаемым израильско-южноафриканским ядерным испытанием. Оба взрыва вызвали волны инфразвука, слишком низкие для человеческого слуха, которые могут распространяться на большие расстояния и вызывать колебания в ионосфере. Радарные лучи, настроенные так, чтобы отражаться от заряженных частиц ионосферы, обнаруживали вибрирующие слои. Но эта техника в основном ограничивалась обнаружением взрывов мощностью более 1 килотонны в тротиловом эквиваленте (для сравнения – мощность ядерной бомбы, сброшенной на Хиросиму в Японии в 1945 году, составляла около 15 килотонн). Теперь исследователи сообщают, что им удалось зафиксировать экспериментальные взрывы всего 1 тонны тротила.

Ученые наблюдали за последствиями двух взрывов, произошедших в марте 2022 года в Нью-Мексико. Они обнаружили признаки каждого взрыва менее чем за шесть минут. Исследователи утверждают, что новую технику можно использовать для наблюдения за небольшими антропогенными взрывами или даже за отдаленными извержениями вулканов в Тихом океане, которые трудно обнаружить другими способами. Стало возможно фиксировать ионосферные возмущения, связанные не только с извержениями вулканов, но и с землетрясениями, которые могут вызвать цунами, оползни и другие бедствия.

Еще одно возможное использование может быть в планетарной науке. По мнению исследователей, для таких планет, как Венера, где густые облака закрывают поверхность, ионосферный радар на орбитальном космическом корабле может дистанционно обнаруживать невидимые извержения и землетрясения. Учитывая недавнее открытие вулканической активности на Венере, о котором было объявлено в марте, «мы можем увидеть события меньшего масштаба», — прокомментировал планетолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) Пол Бирн журналу Science. «Это именно то, что, я надеюсь, инженеры космических кораблей включат в будущие миссии».