28. veljače 2024. – Sve je veći broj seizmologa koji koriste optička vlakna za detekciju seizmičkih valova na Zemlji, no postavlja se pitanje kako bi se ta tehnologija pokazala na Mjesecu te koje bi nam informacije mogla pružiti o dubokim slojevima našeg najbližeg susjeda u svemiru.

U časopisu za seizmološka istraživanja, Wenbo Wu s Oceanografskog instituta Woods Hole i njegovi kolege razmatraju mogućnost postavljanja seizmičke mreže na Mjesecu koristeći optička vlakna, istražujući pritom izazove koje bi bilo potrebno prevladati.

Također, ispitali su kako bi se ta hipotetska mreža ponašala koristeći umjetne seizmograme stvorene na temelju podataka prikupljenih seismometrima postavljenima na površini Mjeseca tijekom misija Apollo. Na temelju svojih rezultata, Wu i njegovi kolege navode da bi seizmička mreža optičkih vlakana mogla identificirati vrste seizmičkih valova koji bi pružili više informacija o dubokoj jezgri Mjeseca.

Četiri seismometra postavljena na Mjesecu između 1969. i 1976. godine tijekom misija Apollo detektirala su tisuće seizmičkih događaja tijekom sedam godina na bližoj strani Mjeseca. Ti događaji uključivali su plitke i duboke mjesečeve potrese, kao i udare meteorita.

No, podaci seizmičkih istraživanja Apolla ostavili su neka neodgovorena pitanja: Što objašnjava tajanstveni nedostatak detekcije mjesečevih potresa na daljoj strani Mjeseca? I zašto su seismometri Apolla detektirali mjesečeve potrese koji se događaju na dubini od 700 do 1100 kilometara ispod površine, na dubini na kojoj bi na Zemlji toplina i pritisak doveli do plastične deformacije umjesto krhke prekida kao kod potresa?

Odgovaranje na ova pitanja zahtijevat će postavljanje mnogo više seismometara u teškim uvjetima kako bi se prikupili dodatni podaci o seizmičkim događajima, zadatak za koji su mreže seizmičkih vlakana vrlo prikladne, sugeriraju istraživači.

Wu i kolege predlažu korištenje distribuiranog akustičkog senziranja, ili DAS, za novu mrežu na Mjesecu. DAS koristi male unutarnje nedostatke u dugom optičkom vlaknu kao seizmičke senzore. Instrument nazvan interrogator na jednom kraju vlakna šalje laserske impulse niz kabel koji se odbijaju od nedostataka u vlaknu i vraćaju natrag do instrumenta. Kada je vlakno poremećeno seizmičkom aktivnošću, istraživači mogu ispitati promjene u odbijenim impulsima kako bi saznali više o rezultirajućim seizmičkim valovima.

„Radi se o iznimno gustoj seizmičkoj mreži,” rekao je Wu. „Jedan kabel može pružiti tisuće pojedinačnih senzora.“

Jedan od najvećih izazova za mjesečevu seizmologiju je porozni i razbijeni sloj ruševina poznat kao regolit koji pokriva površinu Mjeseca. Neke od prvih seizmičkih valova detektiranih nakon mjesečeva potresa raspršuju se zbog ovog sloja, a raspršenje zamagljuje valove koji dolaze kasnije, a koji bi mogli pružiti više informacija o dubinama Mjeseca.

Podaci prikupljeni tisućama senzora u DAS nizu mogu se usporediti pomoću tehnike obrade signala nazvane slaganje nizova, pokazuju Wu i njegovi kolege. Ova tehnika pomaže u razdvajanju „dubokih signala skrivenih u raspršenim valovima“ i drugih izvora vanjske seizmičke buke, objasnio je Wu.

Kada je tim primijenio tehniku na umjetne seizmograme, uspjeli su izdvojiti fazu seizmičkog vala nazvanu ScS, koji je transverzalni ili S-val koji putuje od izvora potresa prema jezgri Mjeseca prije nego što se odbije natrag na površinu.

Wu je rekao da je važno provesti ovakve eksperimente prije stvarnog postavljanja vlaknaste mreže na Mjesecu. „Prije lansiranja moraju se provesti robustne numeričke simulacije širenja valova,“ rekao je. „Obavljamo pripremni rad kako bismo saznali možemo li dobiti podatke i što sve možemo učiniti s tim podacima.“

Ako istraživači pronađu načine kako osigurati napajanje i popravke za mjesečevu mrežu seizmičkih vlakana, mreža bi mogla raditi godinama, primijetio je Wu. „Na Zemlji, ako je napajanje u redu, možemo ga održavati u radu desetljećima.“

U radu objavljenom u časopisu SRL, istraživači sugeriraju da bi bilo moguće kombinirati DAS s drugim predloženim mjesečevim programima kao što je postavljanje radioteleskopa, za koji bi ionako bilo potrebno povezivanje optičkim vlaknima do antene, na dalekoj strani Mjeseca.

„Ako možemo kombinirati te projekte zajedno kako bismo uštedjeli na troškovima, to bi zaista povećalo šanse za realizaciju i imalo maksimalan znanstveni utjecaj,“ rekao je Wu.

Izvor: Seismological Society of America