Для измерения лунотрясений разработаны лазерные сейсмические датчики
В отличие от Земли, Луна не является сейсмически активной. Лунные сотрясения имеют различное происхождение: некоторые из них вызваны температурными перепадами между днем и ночью, поскольку температура нашего спутника резко меняется, другие происходят глубже и 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 лунотрясения, 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 сейсмологическая технология, так называемое распределенное акустическое зондирование (DAS), сможет измерять лунные сотрясения с высокой точностью.
Статья под названием «Оценка возможности распределенного акустического зондирования (DAS) для обнаружения лунных землетрясений», описывающая исследование, опубликована в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Лазерный датчик
В течение последнего десятилетия профессор геофизики Чжунвэнь Чжан разрабатывал систему DAS, которая предполагает отправку лазерного сигнала по оптоволоконному кабелю и измерение того, как лазерный свет меняется по всему кабелю, когда кабель трясет. Таким образом, кабель действует как последовательность сотен отдельных сейсмометров, позволяя исследователям очень точно измерять колебания. Как показало исследование, 100-километровый участок кабеля может функционировать как эквивалент 10 000 сейсмометров.
Сейчас на Луне всего несколько отдельных сейсмометров. Они находятся далеко друг от друга, и сейсмические сигналы лунотрясений довольно нечеткие или «шумные», как если бы вы слушали радио, полное помех. Это связано с так называемым рассеянием, когда сейсмические волны становятся менее четкими при прохождении через порошкообразный верхний слой поверхности Луны. Наличие оптоволоконного кабеля может очистить этот зашумленный сигнал.
Ученые тестировали 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 даже небольшие сотрясения, вызванные растрескиванием и движением льда, что позволяет предположить, что они смогут измерять и лунотрясения.
«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.
Теперь нужно продемонстрировать, что DAS может работать с ограниченными энергоресурсами, доступными на Луне, и провести дополнительное моделирование и анализ, чтобы понять, насколько слабыми могут быть сейсмические колебания, которые такой датчик может 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 испускают лучи света через длинные тонкие стеклянные нити, составляющие сердцевину кабеля. Стекло имеет крошечные дефекты, которые отражают незначительную часть света обратно к источнику, где этот обратный сигнал регистрируется.
Таким образом, каждый изъян вдоль оптоволоконного кабеля отслеживается. Сейсмические волны, проходящие через землю, заставляют кабель слегка подрагивать, и это изменяет время прохождения света к этим изъянам и обратно.
Таким образом, дефекты по длине кабеля действуют как тысячи отдельных сейсмометров, которые позволяют сейсмологам наблюдать за движением сейсмических волн. Это может быть полезно и на Земле. Технология DAS позволит исследователям проводить подробные наблюдения за динамикой земной коры везде, где поблизости проходят оптоволоконные кабели. А их уже проложено очень много, в том числе и по дну океанов.