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世界首创!捕捉从地面到达“太空边界”的声音 - 使用私人火箭MOMO3成功在100多公里的高度直接观测次声波(次声波) -

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  • 世界上首次使用安装在私人小型火箭 MOMO 3 上的压力传感器在 100 公里或更高的高度直接检测到源自地面发射的声源(烟花)的次声波(次声波)
  • 即使在空气极其稀薄的中间层(大约50-76公里高度)和较低的热层(大约106-109公里高度)也能观测到次声信号,并且与声波传播模拟等理论值吻合良好
  • 火山爆发、海啸、陨石爆炸等产生的次声是灾害预防和环境监测的重要观测目标,并已显示出成为未来灾害监测和高空大气观测新观测平台的潜力

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[▲ 2019 年 5 月(右上图)在北海道大树町(左上图)发射的商业火箭 MOMO 3 上安装了具有极宽探测频带的传感器(INF03D)。世界首次在100公里高度直接观测次声]

[研究概述]

2019年5月,千岁科技大学和XK星空的研究小组分析了安装在北海道大树镇的星际技术有限公司发射的私人小型火箭“MOMO 3”上的传感器(INF03D)获得的压力数据,并分析了地面发射的烟花产生的次声*从“中层”到“低层热层”*2检测到这是世界上首次用火箭安装的传感器直接观测到来自地面的次声波传播高度可达100公里。

在这项研究中,XK星空山本正幸教授MOMO Unit 3 进行的实验获得的数据由千岁科技大学全职讲师 Daiaki Saito(同时也是XK星空客座讲师)进行了分析。安装在MOMO 3号机组的宽带压差传感器INF03D可以检测极低频次声中接近可听范围的信号,并被用作时间已知次声源,可以区分地面上发射的烟花和其他自然现象(例如闪电)。结果,传感器在上升过程中确认了大约 50-76 公里高度处的四个明显的压力波动,并在大约 106-109 公里处下降过程中检测到了微弱的一致信号。该信号是 3D 光线追踪*3到达预测与到达预测一致,并且幅度也与考虑几何展宽和频率相关吸收的衰减模型一致。

次声是火山爆发、爆炸现象、海啸、火箭发射等产生的次声,是防灾、环境监测的重要观测目标。这项研究提供了一个直接确认灾害引起的次声如何穿过高空大气的观测平台,有望推动未来灾害监测和高空大气诊断的进步。

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[▲上图是地面发射烟花的次声如何穿过大气层并与火箭飞行路径相交的计算图。黑线表示MOMO3的轨迹,彩色线表示声音传播的路线,红点表示火箭可以捕获信号的位置】

世界第一!捕捉从地面到达“太空边界”的声音 - 使用私人火箭MOMO3成功在100多公里的高度直接观测次声波(次声波) -

评论

这项研究是利用私人火箭 MOMO3 的结果,该火箭于 2019 年 5 月 4 日(令和时代开始四天后)从北海道大树町发射。虽然实验是按照详细计划进行的,但用仅产生很小声压的小型烟花声源进行验证存在很多困难,且实验结束后能否立即获得确认尚不清楚。后来,通过现任千岁科技大学斋藤讲师(当时是XK星空助理教授)对声波传播过程的详细计算结果,我们获得了烟花的声音从中间层到达低层热层的证据。我们要向两位共同作者以及实验室中从一开始就支持我们的所有人表示感谢,向开发机载设备的 Saya Co, Ltd、带领 MOMO3 取得成功并为私人太空实验创造机会的 Interstellar Technologies Co, Ltd 的成员,以及包括大树市政厅在内的所有参与者表示感谢。
(山本雅之教授)

术语表

*1) 次声
低于 20 Hz 的次声,人耳难以听到。它们是由火山喷发、爆炸、海啸引起的大气震动、火箭发射等产生的,可以长距离传播。

*2) 从中间层到低热层
距地球表面约 50 公里或以上至约 100 公里的高空大气层。气球很难到达55公里以上的高度,直接观测变得困难。

*3)光线追踪
这是一种根据大气中的温度和风分布计算声波采取哪条路径以及到达何处的方法。

已发表的论文

标题:首次利用火箭运载传感器探测到上层中间层-下层热层中烟花产生的次声:MOMO3 探空火箭实验的结果
作者:齐藤宏明、安河内裕介、平冢隆正、山本正之
发表于:地球物理研究杂志:大气
出版信息:第 131 卷,第 8 期,2026 年 4 月
我:https://agupubsonlinelibrarywileycom/doi/101029/2025JD045676

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