La Atmósfera como Sensor Global

Un esfuerzo de la ciencia, fundamental para explorar si las perturbaciones en la tierra pueden ser detectadas en toda la atmósfera

Los sensores se suelen considerar como dispositivos físicos que reciben y responden a las señales electromagnéticas, desde los sensores cotidianos de nuestros teléfonos inteligentes y electrodomésticos conectados hasta los sensores más avanzados de edificios, coches, aviones y naves espaciales. Sin embargo, ningún sensor físico o agregado de sensores electrónicos puede detectar de forma continua y global las perturbaciones que tienen lugar en o sobre la superficie terrestre. Pero la propia atmósfera física puede ofrecer tal capacidad de detección, si puede ser comprendida y aprovechada.

Con ese fin, DARPA anunció recientemente su programa «Atmósfera como sensor» (AtmoSense), cuyo objetivo es entender los fundamentos de la propagación de la energía desde el suelo hasta la ionosfera para determinar si la atmósfera puede ser empleada como sensor. Se ha programado un Día de los Proponentes para el 14 de febrero de 2020, en Arlington, Virginia.

Es bien sabido que la energía se propaga desde la superficie de la Tierra a la ionosfera, pero los detalles de cómo ocurre no se conocen actualmente lo suficiente como para considerar la atmósfera como un sensor. La literatura científica ha documentado claramente que eventos como tormentas eléctricas, tornados, volcanes y tsunamis crean grandes «estelas tridimensionales» que se propagan a la parte superior de la ionosfera y dejan una marca allí. Dado que esa energía atraviesa varias otras capas de la atmósfera – troposfera, estratosfera y mesosfera – en su camino hacia la ionosfera, la idea es tratar de identificar las perturbaciones que la «estela» está produciendo a lo largo de su camino para comprobar si los investigadores pueden captar información que indique qué tipo de evento la causó.

«Tal vez no sea necesario observar directamente eventos como un terremoto o un tsunami», dijo el Mayor de la Fuerza Aérea C. David Lewis, que es el gerente del programa AtmoSense en la Oficina de Ciencias de Defensa de DARPA. «Tal vez pueda saber lo que ocurrió a partir de la información en la atmósfera. Quiero saber cuánta información está disponible, y si puedo separar la señal que me interesa de otros fenómenos naturales que crean ruido de fondo».

El programa AtmoSense busca proponentes de la comunidad de la ciencia atmosférica, que tengan una amplia experiencia en el modelado y la simulación atmosférica. También son de interés los expertos que ofrecen formas muy singulares de medir las propiedades atmosféricas, como las variables básicas PV=nRT – presión, volumen, densidad, temperatura o derivados de las mismas. Más allá de estas variables atmosféricas básicas, la mesosfera y la baja ionosfera proporcionan oportunidades electromagnéticas para la medición debido a su naturaleza cargada.

«Típicamente modelamos, simulamos y medimos las propiedades en la troposfera, que es donde ocurre el clima terrestre», dijo Lewis. «Pero realmente no hacemos esas mediciones en la estratosfera o la mesosfera, o en la parte inferior de la ionosfera, porque nadie ha estado realmente interesado en ella y es difícil llegar hasta allí». A veces a la mesosfera se le llama incluso la ‘ignorancia’, pero sabemos que la información la atraviesa, así que realmente estamos buscando científicos e ingenieros con formas únicas de medir potencialmente diferentes aspectos de la atmósfera».

Otra área clave del programa es la medición y comprensión del ruido de fondo que debilita o destruye las señales de interés.

«Cuando pensamos en la posible entropía de fondo, hay corrientes de chorro, compresión del fluido, fuerzas de cizallamiento, fuerzas de Coriolis, etc.; todas esas cosas desencadenan algún tipo de turbulencia que destruye la información», dijo Lewis. «Cuando se trata de fuentes geofísicas y meteorológicas de perturbación atmosférica hay un espectro de frecuencia emitido desde el infrasonido hasta el ultrasonido. Algunas de esas frecuencias son más inmunes a la entropía atmosférica que otras, y esas son las que nos gustaría capturar».

El programa requiere dos fases. La primera fase será el desarrollo del concepto (27 meses), y la segunda fase será la prueba del principio de la prueba de campo (12 meses). Si tiene éxito, AtmoSense podría permitir nuevas formas en el futuro para identificar y dar una visión de eventos como terremotos, tsunamis, tormentas, tornados y actividad de asteroides.

Fte. DARPA