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在美国地球物理联盟秋季会议上，研究人员描述了在气球上搭载次声探测器的进展，这些探测器可以观察到地球上的地震事件，并最终可以在金星上应用。  今年10月，一个装有三个次声探测器的气球从新墨西哥州索科罗市升空。这个气球在20公里的高空探测到了风力涡轮机，这是自冷战以来首次在平流层中探测到由人类产生的环境声音。气球似乎不是地震学家的理想工具。但事实证明，地震和其他行星现象产生的称之为次声的低频声波，通常从高海拔地区最容易被探测到。 在华盛顿举行的美国地球物理联盟(AGU)会议上，研究人员讨论了该技术的广泛用途，从测量海洋现象到探测“金星地震”。当地面震动时，会在空中产生次声波，频率通常低于5赫兹。这些声波可以传播数百公里，而次声探测和传统的地震仪一样，是监测核试验系统的重要组成部分。然而，基于地面的次声探测器接收到了大量的风噪声，这些风噪声可以掩盖我们感兴趣的信号，例如地震、与火山有关的地面运动，甚至是海洋产生的称为微气压的声波。 气球携带的次声探测器(气压计)几乎没有风噪声，因为它们随风移动。同时还有其他优势:它们能探测到比地面仪器更远的地方发出的信号，它们可以进入新的环境，比如开阔的海洋，并且可以从低频声音向上聚焦的大气折射效果中受益。美国军方在20世纪50年代和60年代研究了次声探测气球，作为监测苏联核试验的一种方式。但直到大约五年前，人们才重新对这项技术产生了兴趣，当时北卡罗来纳大学教堂山分校的火山地震学家Jonathan Lees和他当时的研究生Daniel Bowman开始测试这项技术。很快，研究小组发现了许多非地震信号，其中大部分无法识别，他们意识到这项技术可能会提供一个科学宝藏。 在AGU会议上，Lees、Bowman(现在在新墨西哥州的Sandia国家实验室)和他们的同事展示了两张海报。在其中一个海报中，他们展示了先前来自雷声、微气压和明亮流星的数据，这些数据都是通过其次声频谱识别出来的。他们还展示了10月的新数据——在大约20公里的高度探测到的风力涡轮机发出的微弱信号。Bowman认为，这些数据是“自50多年前的军事工作以来，首次在平流层探测到人类在环境中产生的声音”。 海报上还展示了一个气球在24小时飞行过程中可以接收到的各种各样的信号，其中许多信号仍未被识别。“所有这些信号都在这里，我们不知道它们是什么，”Lees说，“这非常令人兴奋，因为有很多东西需要探索研究。” 在另一张海报上，美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的Attila Komjathy领导的一个团队展示了在金星大气层发放次声探测气球的进展。人们对这颗行星的内部结构知之甚少，且其表面温度高于460℃，地震仪在金星上不完全适用。然而，金星上在60公里高空的气球会经历与地球相似的温度和压力，而其表面众所周知的厚厚的大气层意味着地面运动比在地球上更容易转化为声音。 喷气推进实验室成员Siddharth Krishnamoorthy说:“同一个信号，如果我们能在地球上能探测到，而且金星上存在这个信号，我们很可能在金星上也能探测到它。”但是气球还没有探测到这个信号，因为他们从来没有探测到过自然地震。到目前为止，最接近的是2017年对一系列弱地震的探测，是由内华达州Pahrump的一个地方反复下降13吨重的物体产生的地震，该团队的系留气球在300米外探测到次声。 这些测量数据也让Komjathy及其同事发现了一种新的震源定位技术:它结合了来自同一个系绳气球上的两个气压计的数据和气球的多个位置 (在这种情况下是由风向变化引起的)的数据。该团队正在开发一种改进的定位技术，使用一个气压计和加速度计，利用声音脉冲来反应这种轻型气球的突然运动。 接下来的测试可能在几周后进行，试验将涉及地下300米的受控化学爆炸，模拟内华达州国家安全局(Nevada National Security Site)发生的2.5级地震。研究小组希望从距离超过一公里的自由漂浮的气球中探测到次声，并通过次声追踪到从系留气球下方经过的地震波。  在不久的将来，Komjath和他的同事们希望通过每天在地震多发的俄克拉荷马州放飞几个月的气球来探测自然地震。初步计算表明，此次试验将每周将进行多次地震检测，并将为该团队提供最接近金星地震的模拟。 一旦气球在金星上飞行，研究人员将面临破译金星次声数据的挑战，这是Lees预料中的一个长期过程。他说:“我无法估计未来地球科学家需要多长的时间来进行此项工作，可能是50年。” David Ehrenstein是《物理》杂志的焦点编辑。 |
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