Czym są trzęsienia Księżyca?
Podczas misji Apollo w latach 70. na naturalnego satelitę Ziemi poleciało kilka sejsmometrów, które przez osiem lat zbierały dane na temat obecnych tam wstrząsów sejsmicznych. Dane wykazały, że niektóre trzęsienia Księżyca mogą mieć siłę jak magnituda 5.
Zdaniem astronomów, w przeciwieństwie do Ziemi, Srebrny Glob nie jest aktywny tektonicznie. Badacze twierdzą, że trzęsienia księżyca mają różne pochodzenie – niektóre z nich są spowodowane różnicami termicznymi między dniem a nocą, ponieważ powierzchnia zmienia temperaturę; inne, które występują głębiej, mogą być spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym Ziemi, mogą również występować z powodu powolnego ochładzania i kurczenia się Księżyca w czasie. Zrozumienie, jak, kiedy i gdzie występują te wstrząsy, ma kluczowe znaczenie dla planowania misji na naturalnego satelitę Ziemi, zwłaszcza jeśli na jego powierzchni mają zostać zbudowane stałe struktury, takie jak baza księżycowa.
Jak zaznaczają naukowcy, nowe badanie zatytułowane „Assessing the feasibility of Distributed Acoustic Sensing (DAS) for moonquake detection”, wskazuje, że nowoopracowana technologia sejsmologiczna zwana rozproszoną detekcją akustyczną (DAS) byłaby w stanie mierzyć trzęsienia księżyca z niespotykaną dotąd precyzją. W ramach nadchodzących misji NASA Artemis planowany jest powrót na Księżyc w celu, między innymi, rozmieszczenia nowych czujników sejsmicznych, nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Earth and Planetary Science Letters, przemawia za użyciem DAS zamiast konwencjonalnych sejsmometrów.
Przez ostatnią dekadę profesor geofizyki Zhongwen Zhan badał technologię DAS, który polega na wysyłaniu laserów przez kabel światłowodowy i mierzeniu, jak światło zmienia się w całym kablu, gdy doświadcza wstrząsów lub drżeń. W ten sposób przewód działa jak sekwencja setek indywidualnych sejsmometrów, umożliwiając naukowcom bardzo precyzyjne pomiary trzęsienia księżyca i ziemi. Badania wykazały, że 100-kilometrowy odcinek kabla może funkcjonować jako odpowiednik 10 tysięcy sejsmometrów.
Jak tłumaczą naukowcy, przy zaledwie kilku pojedynczych sejsmometrach oddalonych od siebie na Księżycu, sygnały sejsmiczne są dość rozmyte lub „stłumione”, zdaniem badaczy przypomina słuchanie radia pełnego zakłóceń. Wynika to ze zjawiska zwanego rozpraszaniem, w którym fale sejsmiczne stają się mniej wyraźne podczas podróży przez sproszkowaną górną warstwę powierzchni Księżyca. Posiadanie wielu czujników, a nawet tysięcy, jak mógłby zapewnić kabel światłowodowy, pomogłoby wykryć zaszumiony sygnał.
W badaniu, prowadzonym przez Qiushi Zhai, doktora geofizyki, naukowcy umieścili kabel światłowodowy wyposażony w technologię DAS na Antarktydzie. Mroźne, suche środowisko bieguna południowego, przypomina powierzchnię Srebrnego Globu. Czujniki DAS były wystarczająco czułe, aby zmierzyć niewielkie drgania spowodowane pękaniem i ruchem lodu, co sugeruje, że byłyby w stanie zmierzyć trzęsienia księżyca.
„Kolejną zaletą korzystania z DAS na Księżycu jest to, że kabel światłowodowy jest fizycznie dość odporny na trudne kosmiczne środowisko: wysokie promieniowanie, ekstremalne temperatury i ciężki pył” – mówi Zhai.
Jak zaznaczają badacze, kolejnymi krokami jest zbadanie czy DAS może działać przy ograniczonych zasobach energii dostępnych na Księżycu oraz przeprowadzenie dalszych symulacji i analiz, aby zrozumieć, jak małe i odległe mogą być trzęsienia, aby nadal możliwe byłoby ich wykrycie.
Aby wykorzystać kabel światłowodowy jako gęsty układ czujników sejsmicznych, emitery laserowe są umieszczone na jednym końcu kabla i wystrzeliwują wiązki światła przez długie, cienkie szklane pasma, które tworzą rdzeń kabla. Szkło ma drobne niedoskonałości, które odbijają z powrotem niewielką część światła do źródła, gdzie jest ono rejestrowane.
W ten sposób każda niedoskonałość działa jako możliwy do śledzenia punkt trasy wzdłuż kabla światłowodowego, który jest zwykle zakopany tuż pod poziomem gruntu. Fale sejsmiczne poruszające się po ziemi powodują nieznaczne jego drgania, co zmienia czas podróży światła wewnątrz światłowodu. W ten sposób niedoskonałości wzdłuż przewodu działają jak tysiące pojedynczych sejsmometrów, które pozwalają obserwować ruch fal sejsmicznych.
Emil Gołoś
