超越Bennu OSIRIS-REx如何帮助科学家研究流星体的声波特征

周日，在内华达州的高原沙漠中，伊丽莎白·西尔伯(ElizabethSilber)观看了美国宇航局(NASA)从奥西里斯-雷克斯号(OSIRIS-REx)发射的样本返回舱降落到地球大气层的过程，但与大多数科学家不同的是，她在那里并不是为了观察小行星岩石。

西尔伯是桑迪亚国家实验室的物理学家，他正在与桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室、国防威胁降低局、TDA研究公司、喷气推进实验室、夏威夷大学和俄克拉荷马大学的研究人员合作，开展一项运动，以期记录并表征太空舱以高超音速(约每小时26,000英里)穿过地球大气层时产生的次声波和地震波。

这是历史上最大规模的高超音速事件观测活动，西尔伯希望这些数据能够提高科学家利用次声波探测流星体和其他以高超音速运动的物体的能力。

科学家目前使用次声波(一种人类通常听不到的低频声波)来探测和观察火山活动、地震和爆炸。西尔伯说，当流星体进入地球大气层时，也可以观察到次声，但风等大气条件可能会扭曲信号，而且通常关于即将到来的流星体的信息相对较少，有助于数据分析。

“OSIRIS-REx太空舱是研究高超音速事件的完美候选者，因为我们了解它的一切——进入角、速度、旋转速率、尺寸和质量——我们可以使用这些信息来校准我们的模型并测试我们的传感器能力，”西尔伯说。

“因为胶囊的行进速度比音速快，所以它产生了冲击波。当冲击波从胶囊传播开时，它变成了可以检测到的次声波。”

这个多机构团队在内华达州发射了四个太阳能气球和两个配备了微气压计的气象气球，并在多个地点安装了地面传感器。

“这些是微小的传感器，可以测量气压的微小变化，”西尔伯说。“次声是一种压力波，当我们将传感器组合成阵列时，我们可以确定次声传播的方向。”

Silber表示，该小组记录数据的传感器数量空前，包括45个单个传感器、一个包含200个传感器的大型矩形阵列，以及由四个传感器组成三角形的三个阵列。首先，团队检查了有多少传感器检测到了信号。回到家中的实验室，西尔伯和她的同事将进行更广泛的研究。

“我们想要确定冲击波沿着太空舱的轨迹来自哪里，”西尔伯说。“波将是沿着轨迹连续的东西，所以问题是该信号到底源自哪里?来自某个高度?来自轨迹的不同部分?”

该团队计划比较从内华达州和犹他州不同地点记录的信号，看看它们是否指向太空舱轨迹上的同一个起始点。由于太空舱的速度在冲向地面时会发生变化，从高超音速到超音速再到跨音速，因此该团队还能够研究飞行的所有阶段。

“此外，我们将研究强声波的传播方式，测试我们的仪器捕获信号的能力，并研究大气对次声波的影响，”西尔伯说。“所有这些都将增强我们使用次声探测流星体和人造物体的知识和能力。”

为了准备这次活动，西尔伯、丹尼尔·鲍曼和莎拉·阿尔伯特在《大气》杂志上发表了一篇论文，回顾了自美国宇航局阿波罗任务结束以来进行的其他四次样本返回任务中过去的次声和地震观测研究，并总结了它们在描述这次飞行特征方面的效用流星体穿过地球大气层。

西尔伯还领导了一个单独但类似的实验室指导研究和开发项目，以调查在其他类型的传感器无法提供足够数据的情况下，是否可以使用次声来确定火流星(明亮的爆炸流星体)的高度和速度。