Orman yangını dumanının peşinde: öğrenciler stratosfer balonlarıyla duman bulutu yakaladı

Balonculuk, Montgolfier kardeşlerin sıcak hava balonlarıyla Fransa'da kalabalıkları topladığı 1780'lerde yaygınlaştı. Sonraki dönemlerde stratosfere ulaşabilen balonlar atmosfer bilimi, askerî keşif ve aerodinamik yenilikle ilişkilendirildi. Bugün stratosfer balonları meteorolojide ve bilimsel deneyler için bir platform olarak kullanılıyor. Bu deneyler, ortam sıcaklığı ve basıncı testlerinden atmosferden örnek toplamaya, kimya deneylerinden radyo telemetri testlerine kadar uzanabiliyor.

Minnesota Üniversitesi Twin Cities'teki öğrenci balon ekibimiz, lateks hava balonlarıyla daha küçük ölçekli deneyler yapıyor. 2025 baharında, Virginia'nın Hampton kentindeki NASA Langley Araştırma Merkezi'nden Ulusal Havacılık ve Uzay Enstitüsü (NIA) araştırmacısı Jean-Paul Vernier, NASA Minnesota Uzay Hibesi Konsorsiyumu'nun müdür yardımcısı ve Minnesota Üniversitesi sözleşmeli profesörü James Flaten'e ulaştı. Jean-Paul, James'i ve onun Minnesota Üniversitesi Twin Cities'teki stratosfer balonu ekibini, NASA'nın çok yıllı, ülke çapındaki INSPYRE (Enjekte Edilmiş Duman ve Pirokümülonimbus Deneyi) kampanyasına, özellikle de Jean-Paul'ün projesi olan Stratosferik Aerosol Gözlemleri için Balon Ağı'na (BalNeO) dahil etti.

Ağustos 2025'te Jean-Paul, James ve bugün "Smokestack" adını verdiğimiz projeyle ilgilenen beş lisans balon öğrencisiyle görüşmek için Minnesota Üniversitesi kampüsünü ziyaret etti. 27 Ağustos'ta ilk Smokestack deneme uçuşu, Jean-Paul'ün yerinde desteğiyle gerçekleştirildi. Öğrencilerin görevi balonu fırlatmak, izlemek, peşinden gitmek ve geri almak; ayrıca bir yer istasyonunda görev yapıp iletilen algılayıcı verisini toplamaktı. Bu başarılı uçuşun ardından ekip, orman yangını mevsiminin yeniden başlayacağı 2026 yazındaki "asıl iş"e hazırlanmak için bağımsız deneme uçuşları ve veri çözümlemeleri yaptı.

Jean-Paul bize bu programda kullanılan donanımı öğretti. Uçuş donanımında, GPS ve temel hava algılayıcı verisini toplayıp telemetri telsiziyle yer istasyonlarına ileten bir iMet radyosondası ve bir Vaisala radyosondası bulunuyor. Dizinin üzerindeki yük kutusunda aerosol yoğunluklarını ölçen Profil Çıkaran Optik Parçacık Sayacı (POPC) yer alıyor; bu alet atmosferdeki tozu, kirliliği, volkanik bulutları ve bu örnekte olduğu gibi orman yangını dumanını izleyebiliyor. Ek algılayıcı verisi toplamak için kendi uçuş bilgisayarımız olan PICOLO'yu (Optimum Kayıt ve İşletim için Pico Ölçüm ve Denetim) da uçuruyoruz.

2026 baharında NIA ve NASA Langley'den makine mühendisi Rubel Das da pirokümülonimbus dumanının hareketine ilişkin tahminlerle Smokestack ekibine destek vermeye başladı. Amaç, Minnesota üzerinden geçen orman yangını duman bulutlarını (çoğunlukla Kanada'dan ya da ABD'nin batısından, kimi zaman Sibirya gibi daha uzak yerlerden gelen) yakalamak için balonların ne zaman ve nereden fırlatılacağını belirlemekti.

2025-2026 öğretim yılı boyunca, donanımımızı sınamak ve ekibimizi duman bulutlarını yakalamaya yönelik "gerçek" (yani "çağrı üzerine") uçuş olasılığına hazırlamak için birkaç deneme uçuşu yaptık. Deneme uçuşlarında yükleri, radyosondaları ve balonu tam olarak gerçek bir pirokümülonimbus uçuşunda yapacağımız gibi hazırladık. Bu uçuşlar sürecimizi ince ayarlamamıza ve aksi halde yapabileceğimiz hataları yakalamamıza yardımcı oldu.

İlk "gerçek" uçuş: 17 Temmuz 2026

Yazın ilk heyecanı 15 Temmuz 2026'da, Jean-Paul'ün kendisinin ve Rubel'in izlediği bir pirokümülonimbus duman bulutu hakkında bizimle iletişime geçmesiyle geldi. Bulutun tam olarak güney Minnesota'nın üzerinden geçeceğini tahmin ediyorlardı! Yer eşzamanlı uydu görüntüleri, bulutun tahmin edilen yolu izlediğini doğruladı. Bu doğrulamayla Rubel, bize daha kesin bir fırsat aralığı vermek için daha güçlü Langley Yörünge Modeli (LaTM) benzetimlerini çalıştırmaya başladı.

Her yeni benzetim bulutun Minnesota'yı geçeceğini öngördü ve görsel bir ipucu bile yakaladık: Jean-Paul, "Erkenden uyandım ve köpeğimi yürüyüşe çıkarırken önümde kızıl bir Güneş görebiliyordum" dedi. Belli ki havada bir şey vardı ve Jean-Paul'ün gözlemi bizim için iyiye işaretti: Jean-Paul'ün yaşadığı Virginia, pirokümülonimbus bulutunun Minnesota'ya doğru kıvrılmadan önce izleyeceği tahmin edilen yolun üzerindeydi.

İlk resmî uçuşumuz gece 1'de çalan bir alarmla başladı. Rubel'in LaTM tahminlerine göre harekete geçmek için dar bir zaman aralığımız vardı. Bulut, iki saatlik sürüş uzaklığındaki Minnesota'nın güney sınırı üzerinden geçiyordu, ama 17 Temmuz Cuma sabahı saat 7 dolaylarında oradan çekilmiş olacaktı. Perşembe öğleden sonra ayarlayıp paketlediğimiz donanımı yanımıza alarak gecenin ortasında laboratuvara vardık ve her şeyi iki kiralık minibüse yükledik.

Fırlatma alanına sürüş huzurluydu; sabahın 3'ünde sokaklarda pek kimse dolaşmıyor! Donanımımızı Minnesota'nın Austin kentindeki bir Walmart otoparkına kurduk; Isaiah ve Lani yer istasyonlarını kurarken Ellie ve Varsha POPC'yi ve radyosondaları uçuşa hazırladı.

Sarı yanmaz kapüşonlularımızı giyip kafa lambalarımızı taktık ve balonu şişirdik. Gece fırlatmaları ek kurallara tabi olduğu için saatin 5.10'u göstermesini bekledik ve balonu bıraktık; geri alım sireni öterek dizi otoparkın üzerinde yükselip gözden kayboldu.

Uçuş süresince Lani ve Ellie yer istasyonunu çalıştırmak için fırlatma alanında kaldı ve POPC'nin veri topladığından emin olmak için radyosonda paketlerini izledi. Sivrisinekler sürüler halinde saldırdı, ama gün doğumu buna değdi!

Isaiah, Varsha ve James takibe çıktı, ama önce kısa bir kahvaltı molası vermeden değil. GPS konumunu tahmin edilen yörüngeyle karşılaştırarak balonun yolunu izlediler ve balonun sabah 7.20'de kuzey Iowa'da, sınırın hemen ötesindeki bir mısır tarlasına inişini izlemeye zamanında yetiştiler. Fırlattığımız bir balonun inişini de görmeye yetişebilmek ender bir şanstı! Isaiah ve Varsha, sesli sireni ve izleme aygıtlarından gelen güncel koordinatları takip ederek ıslak mısır saplarının arasından geçtiler ve yükleri başarıyla geri aldılar.

Ama diziyi bulmak yalnızca başlangıçtı! Orman yangını duman bulutunu yakalayıp yakalamadığımızı, laboratuvara dönüp POPC'den verileri çıkarana kadar bilemeyecektik. Twin Cities'e dönüş yolunda havada kesinlikle bir bekleyiş vardı, ama erken uyanmanın yorgunluğu bunu biraz söndürdü.

Laboratuvarda Isaiah, ham POPC ve iMet verilerini indirdi ve bunları Jean-Paul'ün hazırladığı, iMet'in uçuş özelliklerini (irtifa gibi) POPC'nin aerosol sayımları ve yoğunluklarıyla birleştiren bir ayrıştırıcı betikten geçirdi. Grafikler, 5 ile 6 mil (8 ile 10 kilometre) arasında, yani dumanın bulunacağını tahmin ettiğimiz irtifa aralığının tam içinde, aerosol sayımında ve yoğunluğunda büyük bir sıçrama gösterdi. İlk orman yangını duman bulutumuzu yakalamıştık!

Bir bakıma bu ilk uçuş da bir deneme uçuşuydu. Operasyonları eşgüdümleyebileceğimiz ve verileri INSPYRE gibi atmosferdeki dumanı inceleyen başka projelerle karşılaştırabileceğimiz, pirokümülonimbuslar hakkındaki küçük ama büyüyen bilgi birikimine daha da fazla katkı verebileceğimiz daha etkili uçuşlara bir hazırlıktı.

İkinci "gerçek" uçuş: 12 Ağustos 2026

Örneklediğimiz ikinci duman bulutu, Utah'taki Widemouth 2 orman yangınından kaynaklanıyordu. Bu yangın bir haftadan daha uzun bir süre önce, 2 Ağustos'ta bir pirokümülonimbus oluşturmuştu ve INSPYRE ekibi ertesi gün NCAR GV uçağını başarıyla duman bulutunun içine uçurarak 39.000 ile 44.000 fit (12 ile 13 kilometre) irtifa arasında aerosol verisi toplamıştı. Günler geçtikçe aerosol yoğunluğunun nasıl değiştiğini görmek NASA'nın işine yarayabileceği için bu aynı bulutu örneklemeye çalışmanın önemli olduğunu düşündük. Bulutun o kadar yayıldığı konusunda uzlaşıldı ki 12 Ağustos sabahı ve öğleden sonrası Minnesota'nın tüm güney yarısını kaplayacaktı.

Smokestack ekibi balonu Glencoe Silver Lake Devlet Okulu'ndan fırlattı. Bu fırlatmanın bir zorluğu vardı: Profesörümüz yanımızda değildi! Yine de uçuş bilgisayarımızı çalıştırmakta biraz zorlandıktan sonra diziyi kurduk, yer istasyonlarını hazırladık ve balonu şişirdik. Yerel saatle 12.20'de dizimiz havadaydı; POPC çalışıyor, iki radyosonda da veri iletiyordu.

Balon iki saatten biraz fazla havada kaldı; güneydoğuya doğru bir yol izleyerek tam bulutun içine girdi ve 102.000 fit (31 kilometre) en yüksek irtifaya ulaştıktan sonra Minnesota'nın Wanamingo kentinde, yola çok uzak olmayan bir soya tarlasına indi; bu da geri almayı kolaylaştırdı.

Laboratuvara döndüğümüzde veri çözümlememiz 6 ile 8 mil (9 ile 13 kilometre) arasında aerosol yoğunluğunda bir sıçrama gösterdi; bu da duman bulutunun büyük olasılıkla yakalandığı anlamına geliyordu. Yakaladığımız irtifada çok daha seyrekti; bu da bulutun kendisinin çok daha yaşlı olduğuna işaret ediyordu. Bulutun kaynağını tam olarak doğrulamak için daha fazla çalışma gerekecek.

INSPYRE ekibinin sabit kanatlı uçağıyla yakaladığı duman bulutunun aynısını örnekleyebilmek harika bir deneyimdi. INSPYRE örnek toplamak için öncelikle uçakları kullansa da bir stratosfer balonunun yalınlığında bir güzellik var. Bir balon, geleneksel bir uçaktan çok daha yükseğe, maliyetin küçük bir bölümüne çıkabiliyor. Minnesota Üniversitesi Twin Cities'te hava balonu alt ekibini kurmanın amacı, INSPYRE araştırmacılarına hızlı dönüşlü veri toplamada yardımcı olmaktı.

Jean-Paul daha önce Brezilya'nın Bauru, Fransa'nın Reims ve Hindistan'ın Haydarabad kentlerindeki üniversitelerde BalNeO istasyonları kurmuştu. Bu üniversiteler de aerosol yoğunluklarını ölçmek için stratosfer balonlarında optik parçacık sayaçları kullanıyor. Birlikte, INSPYRE görevine destek olmayı amaçlayan bir öğrenci ağı oluşturuyoruz.

2026 orman yangını mevsimi sona ererken ekip, INSPYRE ile ilgili yarım kalan işleri tamamlamaya ve süreçlerini gelecek yıl için iyileştirmeye odaklanacak. Şimdiye kadar toplanan veriler yayımlandı, çözümlendi ve pirokümülonimbusları inceleyen araştırmacılara gönderildi; bu da bir duman bulutunun gezegen üzerindeki etkisinin incelenmesine yardımcı oluyor. Mevsim dışında ekip, deneme uçuşları düzenleyerek, donanımın düzgün çalıştığından emin olarak ve dünya genelindeki pirokümülonimbus gelişmelerini izleyerek uçuşa hazır kalmayı sürdürecek.