El canal SOFAR (abreviatura de Sound Fixing and Ranging channel ), o canal de sonido profundo ( DSC ), [1] es una capa horizontal de agua en el océano a cuya profundidad la velocidad del sonido es mínima. El canal SOFAR actúa como una guía de ondas para el sonido, y las ondas sonoras de baja frecuencia dentro del canal pueden viajar miles de millas antes de disiparse. Un ejemplo fue la recepción de señales codificadas generadas por el buque de vigilancia oceánica fletado por la Marina Cory Chouest frente a la isla Heard., ubicado en el sur del Océano Índico (entre África, Australia y la Antártida), por hidrófonos en partes de las cinco principales cuencas oceánicas y tan distantes como el Atlántico Norte y el Pacífico Norte . [2] [3] [4] [nota 1]
Este fenómeno es un factor importante en la vigilancia de los océanos. [5] [6] [7] El canal de sonido profundo fue descubierto y descrito de forma independiente por Maurice Ewing y J. Lamar Worzel en la Universidad de Columbia y Leonid Brekhovskikh en el Instituto de Física Lebedev en la década de 1940. [8] [9] Al probar el concepto en 1944, Ewing y Worzel colgaron un hidrófono de Saluda , un velero asignado al Laboratorio de Sonido Subacuático , con un segundo barco que disparaba cargas explosivas de hasta 900 millas náuticas (1.000 millas; 1.700 km) kilómetros de distancia. [10] [11]
Principio
La temperatura es el factor dominante para determinar la velocidad del sonido en el océano. En áreas de temperaturas más altas (por ejemplo, cerca de la superficie del océano), hay una mayor velocidad del sonido. La temperatura disminuye con la profundidad, y la velocidad del sonido disminuye en consecuencia hasta que la temperatura se estabiliza y la presión se convierte en el factor dominante. El eje del canal SOFAR se encuentra en el punto de velocidad mínima del sonido a una profundidad donde la presión comienza a dominar la temperatura y la velocidad del sonido aumenta. Este punto está en la parte inferior de la termoclina y la parte superior de la capa isotérmica profunda y, por lo tanto, tiene cierta variación estacional. Existen otros conductos acústicos, particularmente en la capa superior mixta , pero las trayectorias de los rayos pierden energía con reflejos superficiales o inferiores. En el canal SOFAR, las bajas frecuencias, en particular, se refractan hacia el conducto de modo que la pérdida de energía es pequeña y el sonido viaja miles de millas. [9] [12] [13] El análisis de los datos de la prueba de viabilidad de Heard Island recibidos por los hidrófonos del Sistema de Localización de Impactos de Misiles de la Isla Ascensión en un rango intermedio de 9,200 km (5,700 mi; 5,000 nmi) de la fuente encontró una señal "sorprendentemente alta" para relaciones de ruido, que van de 19 a 30 dB, con estabilidad de fase inesperada y variabilidad de amplitud después de un tiempo de viaje de aproximadamente 1 hora, 44 minutos y 17 segundos. [3]
Dentro del conducto, las ondas sonoras trazan un camino que oscila a través del eje del canal SOFAR de modo que una sola señal tendrá múltiples tiempos de llegada con una firma de múltiples pulsos que culminan en un extremo claramente definido. [10] [nota 2] Ese extremo claramente definido que representa una trayectoria de llegada casi axial se denomina a veces el final de SOFAR y los primeros, la sinfonía de SOFAR. [14] [15] Esos efectos se deben al canal de sonido más grande en el que se encuentran las trayectorias de los rayos entre la superficie y la profundidad crítica. [nota 3] La profundidad crítica es el punto debajo del eje mínimo de velocidad del sonido donde la velocidad del sonido aumenta para igualar la velocidad máxima por encima del eje. Donde el fondo se encuentra por encima de la profundidad crítica, el sonido se atenúa, al igual que cualquier trayectoria de rayos que se cruza con la superficie o el fondo. [16] [17] [18] [nota 4]
El eje del canal varía más con su ubicación llegando a la superficie y desapareciendo en latitudes altas (por encima de aproximadamente 60 ° N o por debajo de 60 ° S) pero con el sonido viajando en un conducto de superficie. Un informe de 1980 del Naval Ocean Systems Center da ejemplos en un estudio de una trayectoria acústica de gran círculo entre Perth, Australia y Bermuda con datos en ocho ubicaciones a lo largo de la trayectoria. Tanto en Perth como en Bermuda, el eje del canal de sonido se produce a una profundidad de alrededor de 1200 m (3937 pies). Donde el camino se encuentra con la convergencia antártica a 52º sur no hay un canal de sonido profundo sino un conducto de superficie de 30 m (98 pies) de profundidad y un canal de sonido poco profundo a 200 m (656 pies). A medida que el camino gira hacia el norte, una estación a 43º sur, 16º este mostró el perfil volviendo al tipo SOFAR a 800 m (2,625 pies). [19] [20]
Aplicaciones
La primera aplicación práctica comenzó a desarrollarse durante la Segunda Guerra Mundial cuando la Armada de los Estados Unidos comenzó a experimentar e implementar la capacidad para localizar la explosión de una bomba SOFAR utilizada como señal de socorro por los pilotos derribados. La diferencia en los tiempos de llegada de la fuente a una ubicación desconocida en ubicaciones conocidas permitió el cálculo de la ubicación general de la fuente. [10] Los tiempos de llegada forman líneas hiperbólicas de posición similares a LORAN . La inversa, la detección de señales cronometradas de posiciones conocidas de la costa en un punto desconocido, permitió el cálculo de la posición en ese punto. A esa técnica se le dio el nombre de SOFAR al revés: RAFOS. RAFOS se define en la edición de 1962 de The American Practical Navigator entre los sistemas de navegación hiperbólica. [10] [21] [22]
Las primeras aplicaciones se basaron en estaciones costeras fijas, a menudo denominadas estaciones SOFAR. Varios se convirtieron en instalaciones de investigación acústica, al igual que la estación SOFAR de Bermuda, que participó en el experimento de Perth a Bermuda. [19] [20] Los registros de la estación de Bermuda son mantenidos por el Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI). [23] En el pasado reciente, las fuentes SOFAR se implementaron con fines especiales en la aplicación RAFOS. Uno de esos sistemas desplegó fuentes amarradas en el fondo frente al cabo Hatteras , frente a las Bermudas y una en un monte submarino para enviar tres señales cronometradas con precisión al día para proporcionar aproximadamente 5 km (3,1 millas; 2,7 nmi) de precisión. [24]
La primera solicitud se convirtió rápidamente en de gran interés para la Marina por razones distintas a la localización de tripulaciones aéreas derribadas. Una decisión de la Armada en 1949 condujo a estudios en 1950 que recomendaban que el potencial de sonar pasivo del canal SOFAR fuera explotado para el esfuerzo de Guerra Antisubmarina (ASW) de la Armada. La recomendación incluía una de que se gastaran $ 10 millones al año en investigación y desarrollo del sistema. En 1951, una matriz de prueba había probado el concepto y en 1952 se ordenaron estaciones adicionales para el Atlántico. La primera gran explotación del canal SOFAR fue la vigilancia de los océanos en un programa clasificado que condujo al Sistema de Vigilancia de Sonido (SOSUS). Ese sistema permaneció clasificado desde el inicio hasta que los sistemas fijos fueron aumentados por arreglos móviles para convertirse en el Sistema Integrado de Vigilancia Submarina con la misión y la naturaleza del sistema desclasificado en 1991. [7] [25] [nota 5]
El monitoreo de terremotos mediante el uso de SOSUS después de que se otorgó acceso civil limitado al Laboratorio Ambiental Marino del Pacífico (PMEL) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica en 1991 reveló diez veces el número de terremotos en alta mar con mejor localización que con sensores terrestres. La detección de SOSUS podría detectar terremotos de aproximadamente magnitud dos y magnitud cuatro. El sistema detectó la propagación del lecho marino y eventos de magma en la Cordillera Juan de Fuca a tiempo para que los buques de investigación los investigaran. Como resultado de ese éxito, PMEL desarrolló sus propios hidrófonos para su despliegue en todo el mundo para ser suspendidos en el canal SOFAR mediante un sistema de flotador y ancla. [26]
Otras aplicaciones
- Organización del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (CTBTO) - Sistema Internacional de Vigilancia (IMS) [27]
- Impacto de misiles Sistema de Localización (milésimas de pulgada): Sistema para localizar el impacto y la localización de los conos de ojiva de misiles de prueba [5]
- Tomografía acústica oceánica : técnica para medir la temperatura y las corrientes oceánicas mediante el retardo de tiempo de los sonidos entre dos instrumentos distantes.
- Búsqueda del vuelo 370 de Malaysia Airlines : Se analizaron los sonidos transmitidos por el canal SOFAR para determinar si detectaban un posible impacto oceánico de un avión de pasajeros que desapareció en el sur del Océano Índico
En naturaleza
Los misteriosos sonidos de baja frecuencia , atribuidos a las ballenas de aleta ( Balaenoptera physalus ), son una ocurrencia común en el canal. Los científicos creen que las ballenas de aleta pueden sumergirse en este canal y "cantar" para comunicarse con otras ballenas de aleta a muchos kilómetros de distancia. [28]
Cultura popular
La novela The Hunt for Red October describe el uso del canal SOFAR en la detección de submarinos.
La conjeturada existencia de un canal similar en la atmósfera superior , teorizada por el Dr. Ewing, llevó al Proyecto Mogul , llevado a cabo desde 1947 hasta finales de 1948.
Notas al pie
- ^ La figura 1 de la referencia "La prueba de viabilidad de Heard Island" (Munk) muestra las trayectorias de los rayos hasta las ubicaciones receptoras. La Tabla 1 enumera los sitios, uno de los cuales es un barco de investigación canadiense con un conjunto remolcado frente a Cape Cod .
- ^ La referencia "Historia del canal SOFAR" tiene una grabación y un sonograma del efecto.
- ^ El término también tiene una aplicación de oceanografía biológica .
- ^ La Figura 2 en la página tres de la referencia de Williams / Stephen / Smith es útil para comprender la profundidad crítica, el canal SOFAR, todo el canal y las trayectorias de los rayos involucrados.
- ↑ No es una coincidencia que algunas de las instalaciones costeras de SOSUS, denominadas Instalaciones Navales (NAVFAC), estuvieran ubicadas en las cercanías de estaciones SOFAR más antiguas. Por ejemplo, Naval Facility Bermuda y Naval Facility Point Sur . La acústica local ya era bien conocida.
Ver también
- Batitermógrafo
- Flotador RAFOS
- Bomba sofar
- Sistema de vigilancia de sonido (SOSUS)
- Acústica subacuática
Referencias
- ^ Suplemento de la Marina al diccionario de términos militares y asociados del Departamento de Defensa (PDF) . Departamento de Marina . Agosto de 2006. NTRP 1-02.[ enlace muerto permanente ]
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enlaces externos
- El SOFAR o canal de sonido profundo , de NOAA
- ¿Cómo se usa el sonido para estudiar los terremotos submarinos? (Grabación del terremoto del 11 de marzo de 2011 en Honshu, Japón, registrado en un hidrófono ubicado cerca de las Islas Aleutianas)
- Una tubería de sonido , de la Academia Nacional de Ciencias
- SOSUS, el "arma secreta" de la vigilancia submarina de Edward C. Whitman. Guerra submarina
- Richard Muller, UC Berkeley - conferencia sobre olas, SOFAR y el incidente OVNI de Roswell