|
Волоконно-оптический кабель поможет исследовать Луну
|
|
|
|
Все большее число сейсмологов используют волоконно—оптические кабели для обнаружения сейсмических волн на Земле - но как эта технология будет работать на Луне и что она расскажет нам о глубоких слоях нашего ближайшего соседа в космосе? В "Письмах о сейсмологических исследованиях" Вэньбо Ву из океанографического института Вудс-Хоул и его коллеги исследуют идею развертывания оптоволоконной сейсмической сети на Луне, обсуждая некоторые проблемы, которые необходимо преодолеть. Они также тестируют эту гипотетическую сеть, используя искусственные сейсмограммы, созданные на основе данных, собранных сейсмометрами, установленными на поверхности Луны миссиями "Аполлон". Основываясь на своих результатах, Ву и коллеги говорят, что волоконная сейсмическая сеть могла бы идентифицировать тип сейсмических волн, которые предоставили бы больше информации о структуре глубинного ядра Луны. Четыре сейсмометра, установленные на Луне в период с 1969 по 1976 год миссиями "Аполлон", за семь лет зафиксировали тысячи сейсмических событий на ближней стороне Луны. Эти события включали мелкие и глубокие лунотрясения, а также удары метеоритов.
|
|
|
|
Однако сейсмические данные "Аполлона" привели к некоторым оставшимся без ответа вопросам: чем объясняется загадочное отсутствие лунотрясений, обнаруженных на обратной стороне Луны? И почему сейсмометры "Аполлона" зафиксировали лунные землетрясения, происходящие на глубине от 700 до 1100 километров под поверхностью, на глубине Земли, где тепло и давление привели бы к пластической деформации, а не к хрупкому разрушению при землетрясении? Для ответа на эти вопросы потребуется гораздо больше сейсмометров, развернутых в суровых условиях для сбора дополнительных сейсмических событий, - задача, для решения которой хорошо подходят оптоволоконные сейсмические сети, предполагают исследователи. Ву и его коллеги предлагают использовать распределенное акустическое зондирование, или DAS, для сети new moon. DAS использует крошечные внутренние дефекты в длинном оптическом волокне в качестве сейсмических датчиков. Прибор, называемый запросчиком, расположенный на одном конце волокна, посылает лазерные импульсы вниз по кабелю, которые отражаются от дефектов волокна и возвращаются обратно к прибору.
|
|
|
Когда волокно повреждается сейсмической активностью, исследователи могут изучить изменения в отраженных импульсах, чтобы узнать больше о результирующих сейсмических волнах. "Это очень плотная сейсмическая сеть", - сказал Ву. "По одному кабелю можно подключить тысячи отдельных датчиков". Одной из самых больших проблем для лунной сейсмологии является пористый и трещиноватый слой щебня, называемый реголитом, который покрывает поверхность Луны. Некоторые из первых сейсмических волн, обнаруженных после лунного землетрясения, рассеиваются этим слоем, и это рассеяние скрывает более поздние волны, которые могли бы предоставить больше информации о глубинах Луны. Данные, собранные тысячами датчиков в массиве DAS, можно сравнить с помощью метода обработки сигналов, называемого array stacking, демонстрируют Ву и его коллеги. Этот метод помогает отделить "глубинные сигналы, скрытые в рассеянных волнах", и другие источники постороннего сейсмического шума, объяснил Ву. Когда команда использовала этот метод на искусственных сейсмограммах, они смогли восстановить фазу сейсмической волны, называемую ScS, которая представляет собой сдвиговую или S-образную волну, которая распространяется от очага землетрясения к ядру Луны, прежде чем отразиться от поверхности.
|
|
|
|
Ву сказал, что важно провести такого рода эксперименты перед развертыванием реальной волоконной решетки на Луне. "Перед запуском необходимо провести надежное численное моделирование распространения волн", - сказал он. "Мы выполняем домашнюю работу, чтобы выяснить, сможем ли мы получить данные и что мы можем с ними сделать". Если исследователи смогут найти способы обеспечения энергией и ремонта лунной оптоволоконной сейсмической сети, массив может работать годами, отметил Ву. "На Земле, если с электричеством все в порядке, мы можем поддерживать его в рабочем состоянии десятилетиями". В статье исследователи предполагают, что было бы возможно объединить DAS с другими предлагаемыми лунными программами, такими как размещение радиотелескопа, которому уже потребовались бы волоконно-оптические кабели для подключения к антенне, на обратной стороне Луны. "Если мы сможем объединить эти проекты вместе, чтобы сэкономить средства, это действительно увеличит шансы на то, что это произойдет, и окажет максимальное научное воздействие", - сказал Ву.
|
|
|
|
Источник
|
