Представлен новый тип сейсмического датчика для обнаружения лунотрясений
Автор: Pixabay from Pexels
Во время миссий «Аполлон» в 1970-х годах на Луну было доставлено несколько сейсмометров, где они собирали данные о сейсмических дрожаниях Луны в течение восьми лет. Данные показали, что некоторые лунные землетрясения (лунотрясения) имели силу до 5 баллов.
В отличие от Земли, Луна не является тектонически активной. Лунные землетрясения имеют различное происхождение: некоторые из них вызваны температурными перепадами между днем и ночью, 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 миссий на Луну, особенно если на ее поверхности будут построены постоянные сооружения, такие как лунная база.
Новое исследование показывает, что новая сейсмологическая технология, называемая распределенным акустическим зондированием (DAS), сможет измерять лунные землетрясения с беспрецедентной точностью. Поскольку предстоящие миссии НАСА «Артемида» планируют вернуться на Луну, чтобы, помимо других исследовательских целей, развернуть новые сейсмические датчики, исследование обосновывает необходимость использования DAS, а не обычных сейсмометров.
Статья под названием «Оценка возможности распределенного акустического зондирования (DAS) для обнаружения лунных землетрясений», описывающая исследование, опубликована в журнале Earth and Planetary Science Letters.
В течение последнего десятилетия профессор геофизики Чжунвэнь Чжан (доктор философии) разрабатывал систему DAS, которая предполагает отправку лазеров по оптоволоконному кабелю и измерение того, как лазерный свет меняется по всему кабелю, когда он испытывает тряску или дрожание. Таким образом, кабель действует как последовательность сотен отдельных сейсмометров, позволяя исследователям очень точно измерять землетрясения. Недавнее исследование показало, что 100-километровый участок кабеля может функционировать как эквивалент 10 000 сейсмометров.
Волоконно-оптический кабель (также оптоволоконный или оптико-волоконный кабель) — кабель на основе волоконных световодов, предназначенный для передачи оптических сигналов в линиях связи, в виде фотонов (света). Скорость передачи меньше скорости света из-за непрямолинейности движения. Википедия
В новом исследовании, проведенном Цюши Чжаем, научным сотрудником в области геофизики, ученые использовали оптоволоконный 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 измерить небольшие сотрясения, вызванные растрескиванием и движением льда, что позволяет предположить, что они смогут измерять лунные землетрясения.
«Еще одним преимуществом использования DAS на Луне является то, что оптоволоконный кабель физически достаточно устойчив к суровым лунным условиям: высокой радиации, экстремальным температурам и тяжелой пыли», — говорит Чжай.
Следующие шаги — продемонстрировать, что DAS может работать с ограниченными энергоресурсами, доступными на Луне, а также провести дополнительное моделирование и анализ, чтобы понять, насколько маленькими и далекими могут быть землетрясения, которые при этом можно будет обнаружить.
Распределенное акустическое зондирование: как оно работает?
Чтобы использовать оптоволоконный кабель в качестве плотного массива сейсмических датчиков, на одном конце кабеля размещаются лазерные излучатели, которые излучают лучи света через длинные тонкие стеклянные нити, составляющие сердцевину кабеля. Стекло имеет крошечные дефекты, которые отражают незначительную часть света обратно к источнику, где он и фиксируется.
Таким образом, каждое несовершенство действует как отслеживаемая точка вдоль оптоволоконного кабеля, который обычно проложен чуть ниже уровня земли. Сейсмические волны, проходящие через землю, заставляют кабель слегка покачиваться, что изменяет время прохождения света к этим путевым точкам и обратно.
Таким образом, дефекты по длине кабеля действуют как тысячи отдельных сейсмометров, которые позволяют сейсмологам наблюдать за движением сейсмических волн. Например, использование оптоволоконных телекоммуникационных кабелей по всему штату Калифорния может быть эквивалентно покрытию его миллионами сейсмометров, что позволит исследователям проводить подробные наблюдения за динамикой земной коры везде, где поблизости проходят оптоволоконные кабели.
Больше информации: Qiushi Zhai et al, Assessing the feasibility of Distributed Acoustic Sensing (DAS) for moonquake detection, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI: 10.1016/j.epsl.2024.118695
Источник: California Institute of Technology
0 комментариев