Ученые обнаружили волновые эффекты небольших взрывов на уровне земли на высоте 100 километров в ионизированных слоях верхних слоев атмосферы. Результат предполагает, что метод дистанционного зондирования можно использовать для мониторинга взрывоопасных явлений — природных или человеческих — в сотни раз меньших, чем раньше. «Для меня это было большим сюрпризом, — говорит Джихе Пак, ученый-геодезист из Орегонского государственного университета, не участвовавший в исследовании. «Это действительно умно».
Ионизированная область атмосферы, или ионосфера, наиболее известна как родина полярных сияний, которые возникают, когда заряженные частицы Солнца сталкиваются с атомами и заставляют их светиться. Но мощные взрывы, бушующие снизу, тоже могут возмущать ионосферу. В 2022 году извержение вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапай в южной части Тихого океана вызвало рябь в ионосфере, которая была обнаружена тысячи километров. В 1979 году ионосферное возмущение, связанное с предполагаемым Израильско-южноафриканское ядерное испытание был обнаружен ныне несуществующим радиотелескопом Аресибо в Пуэрто-Рико.
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 взрывами мощностью более 1 килотонны в тротиловом эквиваленте. (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. «Мы не только можем видеть эти события, но они намного четче, чем я ожидал», — говорит Кеннет Обенбергер, физик из Исследовательской лаборатории ВВС, руководивший исследованием. Результаты были опубликованы в этом месяце в журнале Наука о Земле и космосе.
Обенбергер и его коллеги намеревались наблюдать за последствиями двух однотонных взрывов, произошедших в марте 2022 года в Нью-Мексико. Радар-детекторы команды были разработаны для измерения волн, отражающихся от слоя E ионосферы на высоте 100 километров. Они обнаружили признаки каждого взрыва менее чем через 6 минут после взрывов.
Обенбергер говорит, что эту технику можно использовать для наблюдения за небольшими антропогенными взрывами или даже за отдаленными извержениями вулканов в Тихом океане, которые трудно обнаружить другими способами. Он говорит, что удаленность ионосферы объясняет, почему этот метод только сейчас показывает свои перспективы. «Вы посылаете ударную волну через то, что мы называемигноросфера,'” он говорит.
Парк говорит, что повышенное разрешение метода облегчит обнаружение ионосферных возмущений, связанных не только с извержениями вулканов, но и с землетрясениями, которые могут вызвать цунами, оползни и другие бедствия. «Вы можете использовать его для системы раннего предупреждения, такой как система предупреждения о цунами», — говорит Парк, который использовал спутники глобального позиционирования для обнаружения ионосферных возмущений. Северокорейские ядерные испытания и другие события.
Другое возможное использование может быть в планетарной науке. Обенбергер говорит, что для таких миров, 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», — говорит Пол Бирн, планетолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе. «Это именно то, что, я надеюсь, инженеры космических кораблей подумают о включении в будущие миссии».
В настоящее время Обенбергер хочет, чтобы исследования проводились на Земле. Он планирует протестировать подход в разные сезоны, потому что ионосфера меняется в течение года. «Еще одна вещь, которую я действительно хочу сделать, — это установить рядом с вулканом», — говорит он. «Это было бы очень весело».