美国宣布AtmoSense计划 将大气层作为传感器感知地球活动

　　传感器通常被认为是接收和响应电磁信号的物理设备——从我们的智能手机和连接家用电器的日常传感器再到建筑物、汽车、飞机和航天器中更高级的传感器。

　　然而，任何物理传感器或电子传感器的集合体都不能连续、全局地探测发生在地球表面或地球上方发生的干扰。不过，如果能够理解并利用物理大气本身，它就可以提供这种感知能力。

　　为此，美国国防高级研究计划局（DARPA）最近宣布将大气作为一个传感器（AtmoSense）的计划，其目的是了解从地面到电离层的能量传播基本原理，以确定是否可以将大气层用作传感器。提案人定于2020年2月14日在弗吉尼亚州的阿灵顿举行。

　　众所周知，能量是从地球表面传播到电离层的，但目前尚不清楚这种情况是如何发生的，不足以利用大气层作为传感器。科学文献清楚地记载了诸如雷暴、龙卷风、火山和海啸这样的事件会产生巨大的“三维尾迹”，传播到电离层的上游，并在那里留下痕记。

　　由于这种能量在到达电离层的过程中穿过其他几层大气——对流层、平流层和中间层，所以我们的想法是试图识别“尾迹”一路上产生的干扰，看看研究人员是否能够捕获到信息，以表明是哪种类型的事件造成的。

　　美国国防部高级研究计划局（DARPA）国防科学办公室大气项目经理、空军少校C·大卫·刘易斯（C.David Lewis）说：“也许我不必直接观察地震或海啸等事件。也许我可以从大气的信息中了解到发生了什么。我想知道有多少信息是可用的，以及是否可以将我感兴趣的信号与在背景中产生噪声的其他自然现象分解开来。”

　　AtmoSense计划从大气科学界寻求在大气建模和模拟方面具有丰富经验的提议者。同样令人感兴趣的是，专家们提供了非常独特的方法来测量大气性质，比如基本的PV=nRT变量——压力、体积、密度、温度或其衍生物。除了这些基本的大气变量外，中层和低电离层由于其带电性质，为测量提供了电磁机会。

　　刘易斯说：“我们通常对对流层的性质进行建模、模拟和测量，而对流层是地面天气发生变化的地方。但我们并没有在平流层、中层或电离层底部进行这些测量，因为没有人真正对它感兴趣，而且很难到达那里。有时，中间层甚至被称为“信号层”，但我们知道信息会穿过它，因此我们正在寻找具有独特方法来潜在测量大气不同方面的科学家和工程师。”

　　该项目的另一个关键领域是测量和理解削弱或破坏感兴趣信号的背景噪声。

　　刘易斯说：“当我们考虑可能的背景熵时，会出现射流、流体压缩、剪切力、科里奥利力等，所有这些都会触发某种破坏信息的湍流。当谈到地球物理和气象方面的大气干扰源时，有一个从次声发射到超声波的频谱。其中一些频率比其他频率更容易受到大气熵的影响，而这些正是我们想要捕捉的。”

　　这个程序需要两个阶段。第一阶段是概念开发（27个月），第二阶段是原理验证现场测试（12个月）。如果成功的话，AtmoSense可以在未来以新的方式识别和洞察地震、海啸、风暴、龙卷风和小行星活动等事件。