Землю постоянно бомбардируют метеороиды. Большинство из них, размером с песчинки и мелкие камешки, полностью сгорают в атмосфере, не достигая земной поверхности. Однако, иногда можно наблюдать более крупные метеороиды, которые, хотя и встречаются гораздо реже, всё же иногда проникают через атмосферу и достигают Земли.

Метеороиды представляют собой достаточно сложные объекты для изучения, поскольку их появление в атмосфере в большинстве случаев трудно предсказать с высокой степенью точности. Тем не менее, в редких случаях учёным всё же предоставляется возможность детально изучать эти объекты. Они поступают из космических миссий, целью которых является транспортировка образцов с других небесных тел на Землю. Ввиду сходства с метеороидами, капсулы для возврата образцов часто именуют «искусственными метеорами».

Недавно группа, состоящая из более чем 80 исследователей из более чем дюжины различных учреждений, совместно работала над изучением одного такого «искусственного метеора» — капсулы для возврата образцов миссии NASA OSIRIS-REx, когда она входила в земную атмосферу. Это возвращение ценного образца с астероида предоставило возможность для измерения звуковых волн и других явлений, создаваемых подобными объектами при прохождении сквозь атмосферу Земли.

Визуализация капсулы возврата образцов астероида OSIRIS-REx после приземления. Источник: NASA Goddard's Scientific Visualization Studio

Для наиболее полного улавливания и регистрации соответствующих сигналов группой исследователей было развёрнуто множество высокочувствительных микрофонов и других измерительных приборов в ключевых точках вдоль предполагаемой траектории полёта возвращаемой капсулы. Это была одна из немногих возможностей детального изучения свойств объектов, подобных метеороидам, поскольку капсула OSIRIS-REx достигала скоростей, сравнимых со скоростями естественных метеороидов при входе в атмосферу.

Научные группы воспользовались возвращением капсулы для возврата образцов (SRC) как возможностью для более глубокого изучения характеристик метеоров. Одна из команд, возглавляемая Сиддхартом Кришнамурти из Лаборатории реактивного движения NASA, использовала вход SRC в атмосферу для тестирования воздушных шаров, способных обнаруживать инфразвук, которые в дальнейшем могут быть применены для исследований на Венере.

Другая группа, возглавляемая Элизабет Силбер (Elizabeth Silber) и Дэнни Боуманом (Danny Bowman) из Национальной лаборатории Сандии, задействовала SRC для улучшения понимания того, как можно использовать звуковые сигналы для сбора информации о метеороидах. В этих наблюдательных кампаниях участвовали исследователи из многих учреждений по всей стране.

Команды разместили измерительные инструменты на расстоянии до 482 километров от места приземления капсулы в штате Юта. Использовались как высокотехнологичные специализированные датчики, так и обычные смартфоны, установленные на земле вокруг предполагаемой траектории полёта и места посадки SRC. Эти устройства отслеживали низкочастотные звуковые волны, генерируемые при входе капсулы в атмосферу.

Один из запусков воздушных шаров с датчиками для обнаружения низкочастотного звука при входе в атмосферу капсулы OSIRIS-REx. Источник: Emalee Hough

Помимо наземных датчиков, исследователи также оснастили измерительными приборами воздушные шары, поднимавшиеся на высоту вдвое превышающую высоту полёта коммерческих самолётов. Датчики, закрепленные на этих воздушных шарах, смогли зафиксировать звуковые волны, создаваемые ударной волной капсулы. Эти данные содержали информацию о самом SRC, его движении и среде, через которую он пролетал.

Командам, отвечающим за воздушные шары, пришлось тщательно рассчитывать время их запуска, чтобы обеспечить нахождение в правильном положении во время прохождения SRC. Сотрудники Лаборатории реактивного движения NASA, Университета штата Оклахома и Национальной лаборатории Сандии запускали различные типы воздушных шаров до рассвета из Юрики, Невада.

Исследователи из Сандии и Гавайского университета также разместили наземные инфразвуковые датчики ближе к месту приземления SRC вдоль границы Юты и Невады, а также в аэропорту Вендовер. Хотя SRC к этому моменту уже существенно замедлился, а аэропорт Вендовер находился примерно в три раз дальше от траектории полёта, чем развёртывание в Юрике, исследователи также зафиксировали чёткий инфразвуковой сигнал в этой точке.

Сейчас исследователи анализируют полученные данные, чтобы определить точки на траектории полёта, где регистрировались сигналы при входе SRC в атмосферу. Поскольку траектория составляла около 482 километров, им необходимо установить точки происхождения сигналов, зафиксированных различными датчиками.

Крупный план капсулы с образцами OSIRIS-REx на территории штата Юта. Источник:  Mark Koenig / The University of Arizona

Это было самое оснащённое исследование гиперзвукового входа в атмосферу в истории. Оно поможет командам выяснить закономерности распространения низкочастотных звуковых волн в атмосфере и определить, где ударная волна была наиболее интенсивной.

Хотя анализ данных ещё продолжается, предварительные результаты показывают, что используемые инструменты зафиксировали множество сигналов, которые в дальнейшем помогут исследованиям по применению инфразвука для изучения метеоров. Понимание особенностей распространения низкочастотных звуковых волн в атмосфере также может быть полезно для использования данных об инфразвуке в обнаружении опасных явлений, таких как торнадо и лавины, на Земле.

Подробнее на iXBT