Земля постоянно подвергается бомбардировке фрагментами камня и льда, также известными как метеороиды, из космоса. Большинство метеороидов размером с песчинки и мелкие камешки, которые полностью сгорают высоко в атмосфере. Вы можете увидеть метеороиды размером с мячик для гольфа, когда темной ясной ночью они светятся как метеоры или падающие звезды. В то время как очень маленькие метеориты встречаются довольно часто, более крупные — размером с посудомоечную машину — нет. Метеороиды - сложные объекты для изучения такими исследователями аэрокосмической отрасли и геофизики, как мы, потому что обычно мы не можем предсказать, когда и где они попадут в атмосферу. Но в очень редких случаях мы можем изучать искусственные объекты, которые входят в атмосферу так же, как метеороид. Эти объекты прибывают в результате космических полетов, предназначенных для доставки физических внеземных образцов из космоса на Землю. Из-за их сходства с метеоритными телами мы часто называем эти капсулы для возврата образцов, или SRC, "искусственными метеорами".
Более 80 исследователей из более чем десятка учреждений недавно работали вместе над изучением такого "искусственного метеорита" — возвращаемой капсулы НАСА с образцами OSIRIS-REx, — когда он снова вошел в атмосферу Земли. Этот возврат образцов предоставил нашим специалистам уникальную возможность измерить звуковые волны и другие явления, которые создают объекты из космоса, когда они на большой скорости пролетают сквозь атмосферу Земли. Для сбора сигналов мы установили множество чувствительных микрофонов и других приборов в ключевых местах, расположенных вблизи траектории полета SRC. В то время как космические агентства и частные компании постоянно запускают объекты в космос, SRC OSIRIS-REx - один из немногих объектов, вернувшихся на Землю из межпланетного пространства после завершения миссий "Аполлон". Только эти объекты могут достигать скорости естественных метеороидов, что делает их возвращение ценным для изучения свойств природных объектов.
8 сентября 2016 года НАСА запустило миссию "Происхождение, спектральная интерпретация, идентификация ресурсов, безопасность, исследователь реголита", или OSIRIS-REx. В октябре 2020 года он совершил полет к астероиду Бенну, сближающемуся с Землей, и взял образец с его поверхности. Образец вернулся на Землю ранним утром 24 сентября 2023 года в капсуле для возврата образцов. Космический аппарат SRC вошел в атмосферу Земли над Тихим океаном на скорости более 27 000 миль в час (43 500 км/ч) и приземлился в штате Юта всего через несколько минут. Погружаясь глубоко в атмосферу, SRC создают ударную волну, подобную звуковому удару, создаваемому сверхзвуковым реактивным самолетом, преодолевающим звуковой барьер. Затем ударная волна теряет силу, и остается только низкочастотный звук, называемый инфразвуком. Хотя люди не слышат инфразвук, чувствительные научные приборы могут обнаружить его даже на больших расстояниях. Некоторые из этих приборов установлены на земле, в то время как другие подвешены в воздухе на воздушных шарах.
Наши команды ученых ухватились за возвращение SRC как за возможность узнать больше о метеоритах. Одна из команд, возглавляемая Сиддхартом Кришнамурти из Лаборатории реактивного движения НАСА, использовала SRC для тестирования аэростатов, обнаруживающих инфразвук, которые впоследствии можно было бы использовать на планете Венера. Другая команда, возглавляемая одной из нас — Элизабет Силбер — и Дэнни Боуменом из Национальной лаборатории Сандии, использовала SRC, чтобы лучше понять, как мы можем использовать звук для [сбора информации о метеорных телах]. Исследователи из многих учреждений по всей стране участвовали в этих наблюдательных кампаниях. Наши специалисты стратегически расположили приборы на расстоянии 300 миль (482 км) от Эврики, штат Невада, до места посадки в штате Юта. Приборы варьировались от высокотехнологичных пользовательских датчиков до смартфонов, установленных на земле вокруг траектории полета и посадочной площадки SRC. Они отслеживали низкочастотные звуковые волны при входе SRC в атмосферу.
В дополнение к наземным датчикам, наши исследователи прикрепили приборы к воздушным шарам, которые во время входа в атмосферу SRC находились на высоте, вдвое превышающей высоту полета коммерческих самолетов. Датчики, прикрепленные к этим воздушным шарам, регистрировали звуковые волны, создаваемые ударной волной SRC. Эти звуковые волны несли информацию о SRC, его движении и окружающей среде, через которую он проходил. Команды, занимавшиеся запуском воздушных шаров, должны были тщательно рассчитать время, чтобы убедиться, что они окажутся в нужном положении, когда пройдет SRC. Члены команды из Лаборатории реактивного движения НАСА, Университета штата Оклахома и Национальной лаборатории Сандия запустили несколько различных видов воздушных шаров перед рассветом из Эврики, штат Невада. Исследователи из ОГУ, Сандии и Гавайского университета также разместили наземные инфразвуковые датчики ближе к месту посадки SRC, вдоль границы между Ютой и Невадой и в аэропорту Уэндовер. Хотя SRC уже снижал скорость, а аэропорт Уэндовер находился примерно в три раза дальше от траектории полета, чем база Eureka, мы также обнаружили четкий инфразвуковой сигнал в этом месте.
Исследователи из этих команд сейчас анализируют данные, чтобы определить точки на траектории, где приборы зафиксировали сигналы о возвращении SRC в атмосферу. Поскольку траектория полета SRC составляла приблизительно 300 миль (482 км), исследователям необходимо выяснить точки происхождения сигналов, которые были обнаружены различными датчиками. Это был самый хорошо оборудованный гиперзвуковой вход в атмосферу в истории. Это исследование поможет нашим специалистам выяснить, по какой схеме низкочастотные звуковые волны распространялись в атмосфере и где ударная волна достигала своей максимальной интенсивности. Хотя наши команды все еще анализируют полученные данные, предварительные результаты показывают, что наши приборы зафиксировали множество сигналов, которые помогут будущим исследователям использовать низкочастотные звуковые волны для изучения метеоров. А понимание тонкостей того, как низкочастотные звуковые волны распространяются в атмосфере, может помочь исследователям использовать инфразвук для обнаружения опасных явлений на Земле, таких как торнадо и лавины.
