Cómo las hormigas inspiraron una nueva forma de medir la nieve con láseres espaciales

Las hormigas, como una grupo son criaturas de hábitos. Aunque el camino del individuo es incierto, los biólogos que han pasado mucho tiempo observando el comportamiento de colonias enteras puede predecir el tiempo promedio cada hormiga puede vagar bajo tierra antes de emerger. Esto ha llevado al físico de la NASA Yongxiang Hu a preguntarse si la misma previsibilidad puede ser cierta para los fotones, partículas de luz, que viajan a través de la nieve. Si es así, permitirá a los científicos utilizar un satélite láser en órbita para estimar la profundidad de la nieve, una nueva forma potencialmente poderosa de monitorear los suministros de agua del Ártico y la salud del mar.

El satélite ICESat-2 de la NASA está equipado con un líderla misma variedad de sistemas láser que utilizan los coches autónomos para crear mapas 3D de su entorno. Este instrumento altamente sensible lanza billones de billones de fotones a la Tierra y luego analiza lo que regresa al satélite. Debido a que los científicos conocen la velocidad de la luz, pueden usar un lidar para determinar la altitud: un fotón que rebota en la cima de una montaña tardará un poco menos en llegar a ICESat-2 que un fotón que rebota en el fondo del valle.

Lo mismo sucede cuando disparas a un líder en una prensa de nieve. "Podemos medir esta distancia para cada fotón que viaja dentro de la nieve", dijo Hu, investigador del Centro de Investigación Langley de la NASA. Algunos fotones pueden alcanzar decenas o incluso cien pies de profundidad. en la nieve antes de llegar a la superficie y regresar al satélite (los fotones penetran la nieve como un rayo en lugar de dispersarse hacia los lados. Imagine cómo un láser disparado a través de una nube de humo parece una línea) revela la profundidad de la nieve, al igual que un fotón que rebota en un valle tarda un poco más en volver a la herramienta lidar que uno que rebota en el pico de una montaña.

El camino del fotón no siempre es fácil. Así como una hormiga deambula por su colonia subterránea, un fotón disparado por un láser espacial toma una ruta aleatoria a través de la nieve. Varios viajarán hasta el suelo subyacente y rebotarán antes de regresar al suelo. Algunos rebotan en el medio después de golpear partículas de nieve. "La mayoría de ellos se sumergen unos centímetros en la nieve y regresan", dice Hu. "Pero también hay muchos de ellos que van muy profundo, distancias muy largas, atrapados dentro de la nieve, saltando de un lado a otro, de un lado a otro". .” Todo este rebote crea datos ruidosos.

Pero en su interior hay un patrón, tal como lo hay en la forma en que los grupos de hormigas, en general, se mueven alrededor de una colonia. Si bien cada fotón toma un camino transitorio, los científicos pueden representar matemáticamente la distancia promedio que recorre cada uno. El equipo estimó que un promedio de un fotón viaja el doble de la profundidad de la nieve que viaja.

Después de recibir esta fórmula, el equipo pudo calcular la profundidad de la nieve en todo el planeta utilizando datos lidar globales de ICESat-2. Luego compararon estas estimaciones con las mediciones de la profundidad de la nieve en las mismas áreas tomadas por aviones usando radar. (Una tercera opción es insertar postes especiales en la nieve). "Se comparan muy bien", dijo Hu sobre los métodos. "Estamos muy contentos de que la teoría funcione".

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