САН-ФРАНЦИСКО, КАЛИФОРНИЯ — Даже когда они являются подземными, ядерные испытания могут быть обнаружены в небесах — и в результате глобальные спутниковые сети могли стать мощным новым инструментом в арсенале оружия, чтобы помочь обнаружить тайные подземные ядерные взрывы, бригаду ученых, о которых сообщают здесь сегодня на осенней встрече Американского геофизического союза.Международная система мониторинга (IMS), установленная Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, имеет много различных ушей к земле для обнаружения тайного испытания ядерных оружий: сейсмические сети, прислушивающиеся к земным ударным волнам, гидроакустические сети, просматривающие океаны для звуковых волн и сети радионуклидов для пронюхивания радиоактивных частиц, которые производят ядерные взрывы.
Но те методы могут пропустить тайные взрывы. Теперь, парк Jihye, постдокторский исследователь в Университете штата Огайо (OSU), Колумбус и ее коллеги предлагают добавить другой инструмент к арсеналу IMS.
Этот включил бы поиск — в ионосферу, часть верхних слоев атмосферы, ионизированных солнечной радиацией.Ядерный взрыв — даже когда взорванный метрополитен — повышает гигантский электромагнитный пульс, слегка колеблющийся через ионосферу Земли. Тот результат — известный как путешествующее возмущение ионосферы или TID — должен теоретически быть обнаружимым с технологиями, которые чувствительны к изменениям в ионосфере, таковы как глобальные спутниковые сети и радио-телескопы. Фактически, были предложения использовать GPS в обнаружении взрыва приблизительно с 1979, говорит Андреас Персбо, исполнительный директор Исследования Проверки, Обучения и Информационного центра в Лондоне, не вовлеченного в данное исследование.
Но много других источников может произвести TIDs, включая землетрясения и главные штормы. Таким образом, действительно ли возможно однозначно определить подземный ядерный взрыв (UNE) среди многих факторов, нарушающих колеблющиеся водовороты ионосферы частиц? Сегодня на встрече, Парке; Дорота Греджнер-Брзезинска, преподаватель OSU геодезической и geoinformation разработки; и коллеги объявили, что они развили методологию, чтобы сделать просто это.
Ключевое понимание, Греджнер-Брзезинска говорит, произошло, когда она и ее бригада пытались выяснить, как улучшить данные о расположении от Глобальной Навигационной Спутниковой системы, которая может быть отброшена возмущениями ионосферы между спутниками и их наземными станциями назначения. Они хотели удалить те беспорядки или шум. Но шум одного человека, они поняли, является сигналом другого человека: Те самые беспорядки могли бы предложить ключи к разгадке своих источников.
Парк и ее коллеги ранее продемонстрировали, что было возможно идентифицировать UNE своим ионосферным отпечатком пальца в исследовании, изданном в Геофизических Письмах об Исследовании в 2011. Целью в этом случае была Северная Корея 25 мая 2009 UNE: Парк и ее бригада нашли уникальный TID, также точно определивший место взрыва к приблизительно в 4 километрах его сейсмически решительного эпицентра. Они видели этот образец TID в данных от 11 различных Глобальных Навигационных станций Спутниковой системы — астрономически вряд ли для случайного события.
В текущем исследовании бригада проанализировала сигналы, что станции GPS получили после двух UNE на 20 килотонн проверяет США, проводимые в 1992. Два испытания были частью серии восьми UNEs, проводимых с 1991 до 1992 при пыльном резервировании Министерства энергетики в 100 километрах к северо-западу от Лас-Вегаса, Невада.
Исследователи начали проверять ядерные устройства в Невадской Испытательной площадке в 1951; этим последним рядом взрывов был под кодовым названием Операции Julin и заключительные два испытания ряда — названный Трофей Охотников и Сепаратор — имели место 18 сентября и 23 сентября, соответственно. Те два также стали последними ядерными испытаниями США, проводимые, прежде чем президент Джордж Х. В. Буш подписал закон, налагающий мораторий на все испытание ядерных оружий 2 октября 1992. (Ограниченный Договор о запрещении ядерных испытаний 1963 года уже запретил все но подземные испытания.) В 1996 США, Россия, Соединенное Королевство, Франция и Китай подписали Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний — но США должны все же ратифицировать его.
Бригада придумала относительно простой алгоритм для нахождения сигнала в шуме. Они сначала удалили результат искажений от изменений до дневного цикла и от изменяющейся геометрии самих спутников. Тогда они преобразовали ионосферную задержку между спутниками и станциями в «общее электронное содержание» в TIDs.
От всех этих данных они придумали профиль для TIDs: их амплитуда, их частота, и как быстро они путешествовали через ионосферу. Тот же самый профиль появился в многократных станциях — и в результате на основе того, где станции были и сколько времени он взял, который брал отпечатки пальцев у сигнала прибыть, бригада также смогла точно определить место оригинального сигнала — взрыв Трофея Охотников. Они разработали подобный алгоритм, чтобы идентифицировать и охарактеризовать взрыв Сепаратора с помощью данных о GPS.Очень Большой массив (VLA) радио-телескопов, расположенных под Сокорро, Нью-Мексико, использовал подобный алгоритм для придумывания подобного результата.
VLA измеряет корреляции между сигналами от пар усиков для восстановления изображений неба, как будто они были одним единственным, гигантским телескопом — и таким образом, VLA, также, чувствителен к ионосферным колебаниям. После выполнения подобных вычислений бригада объявила, VLA счел отпечаток пальца для Трофея Охотников TID, сильно напомнившим TID сигнала GPS.Одно преимущество для использования обнаружения GPS, Греджнер-Брзезинска отмечает, состоит в том, что инфраструктура уже на месте и доступна глобально бесплатно. Но много петель все еще должно быть сглажено для создания метода готовым к эксплуатации, бригада признает — особенно пределы чувствительности, и как хорошо метод может различать различные стационарные источники загрязнения, такие как землетрясения и UNEs.
«Всегда хорошо иметь дополнительные дискриминанты», говорит Пол Ричардс, сейсмолог в Земной Обсерватории Ламонта-Доэрти Колумбийского университета в Палисадах, Нью-Йорке, кто не был вовлечен в исследование. «Но у нас уже действительно есть много эффективных». Ричардс подчеркивает неуверенность все еще в методе, но говорит, что с дальнейшим прогрессом “в некоторый момент мы можем сделать сравнения с тем, что уже доступно, и затем посмотрите, добавляют ли эти методы полезную стрелу к дрожи”.
В любом случае политика могла все еще омрачить любые преимущества, которые мог бы предложить новый метод. «В моем уме метод показывает обещание», говорит Персбо. «Будет ли метод включен в формальный контроль CTBT, однако, нерешенный вопрос. Соглашение оставляет дверь открытой, но я не думаю, что существует много аппетита среди государств-членов для обсуждения формального объединения новых технологий, пока соглашение не показывает признаки вступания в силу».