|
Новый сейсмодатчик для обнаружения лунотрясений
|
|
|
|
Во время миссий "Аполлон" в 1970-х годах несколько сейсмометров были доставлены на Луну, где они в течение восьми лет собирали данные о сейсмических колебаниях Луны. Данные показали, что некоторые лунные землетрясения достигали 5 баллов по силе. В отличие от Земли, Луна не является тектонически активной. Лунные землетрясения имеют различное происхождение: некоторые из них вызваны перепадами температур между днями и ночами, поскольку температура поверхности меняется, другие, которые происходят глубже, могут быть вызваны гравитационным притяжением Земли, а третьи вызваны медленным охлаждением и сжатием Луны с течением времени. Понимание того, как, когда и где происходят эти землетрясения, имеет решающее значение для планирования полетов на Луну, особенно если на ее поверхности планируется построить постоянные сооружения, такие как лунная база. Новое исследование демонстрирует, что появляющаяся новая сейсмологическая технология, называемая распределенным акустическим зондированием (DAS), позволит измерять лунные землетрясения с беспрецедентной точностью.
|
|
|
|
Поскольку предстоящие миссии НАСА "Артемида" планируют вернуться на Луну, чтобы, помимо других исследовательских целей, установить новые сейсмические датчики, исследование доказывает целесообразность использования DAS вместо обычных сейсмометров. Статья под названием "Оценка возможности распределенного акустического зондирования (DAS) для обнаружения лунотрясений", описывающая результаты исследования, опубликована в журнале Earth and Planetary Science Letters. В течение последнего десятилетия профессор геофизики Чжунвэнь Чжань (Zhongwen Zhan, доктор философии) разрабатывал DAS, который включает в себя передачу лазеров по волоконно-оптическому кабелю и измерение того, как изменяется излучение лазера по всему кабелю при его встряхивании или толчках. Таким образом, кабель работает как последовательность из сотен отдельных сейсмометров, что позволяет исследователям очень точно измерять землетрясения. Недавнее исследование показало, что 100-километровый кабель может работать как эквивалент 10 000 сейсмометров.
|
|
|
Поскольку на Луне всего несколько отдельных сейсмометров расположены далеко друг от друга, сейсмические сигналы о лунных землетрясениях довольно нечеткие или "шумные", как при прослушивании радио, полного помех. Это связано с явлением, называемым рассеянием, при котором сейсмические волны становятся менее четкими при прохождении через порошкообразный верхний слой поверхности Луны. Наличие множества датчиков — на самом деле, тысяч датчиков, которые мог бы обеспечить волоконно—оптический кабель, - помогло бы прояснить зашумленный сигнал. В новом исследовании, проведенном под руководством Цюши Чжая, научного сотрудника в области геофизики, исследователи проложили волоконно-оптический кабель, оснащенный технологией DAS, в Антарктиде. Холодная и сухая среда Южного полюса, расположенная вдали от человеческой деятельности, является ближайшим аналогом Луны на Земле. Датчики DAS были достаточно чувствительны, чтобы измерять небольшие колебания, вызванные растрескиванием и перемещением льда, что позволяет предположить, что они смогут измерять лунотрясения.
|
|
|
|
"Еще одним преимуществом использования DAS на Луне является то, что волоконно-оптический кабель физически достаточно устойчив к суровым лунным условиям: высокой радиации, экстремальным температурам и сильному запылению", - говорит Чжай. Следующие шаги - продемонстрировать, что DAS может работать с ограниченными энергетическими ресурсами, доступными на Луне, и провести дополнительное моделирование и анализ, чтобы понять, насколько малыми и удаленными могут быть землетрясения, которые все еще можно обнаружить. Чтобы использовать волоконно-оптический кабель в качестве плотного массива сейсмических датчиков, лазерные излучатели размещаются на одном конце кабеля и посылают лучи света через длинные тонкие стеклянные нити, составляющие сердцевину кабеля. Стекло имеет крошечные дефекты, которые отражают незначительную часть света обратно к источнику, где он регистрируется.
|
|
|
|
Таким образом, каждый дефект действует как отслеживаемая путевая точка вдоль волоконно-оптического кабеля, который обычно прокладывается чуть ниже уровня земли. Сейсмические волны, проходящие через землю, вызывают легкое покачивание кабеля, что изменяет время прохождения света к этим путевым точкам и обратно. Таким образом, неровности по всей длине кабеля действуют подобно тысячам отдельных сейсмометров, которые позволяют сейсмологам наблюдать за движением сейсмических волн. Например, использование телекоммуникационных волоконно-оптических кабелей по всему штату Калифорния может быть эквивалентно установке миллионов сейсмометров, что позволит исследователям проводить детальные наблюдения за динамикой земной коры в любом месте, где поблизости находятся волоконно-оптические кабели.
|
|
|
|
Источник
|
