Ay depremlerini tespit etmek için yeni tip sismik sensör

1970’lerdeki Apollo misyonları sırasında, birkaç sismometre aya uçtu ve burada sekiz yıl boyunca ayın sismik titremesine ilişkin veriler toplandı. Veriler, bazı ay depremlerinin 5 büyüklüğünde güçlü olduğunu gösterdi.

Ay, Dünya’nın aksine tektonik olarak aktif değildir. Ay depremlerinin farklı kökenleri vardır: Bazıları yüzey sıcaklığının değişmesi nedeniyle gündüzden geceye termal farklardan kaynaklanır, daha derinlerde meydana gelen diğerleri Dünya’nın çekim kuvvetinden kaynaklanabilir ve yine diğerleri ayın yavaş yavaş soğuması ve zamanla büzülmesinden kaynaklanır. . Bu depremlerin nasıl, ne zaman ve nerede meydana geldiğini anlamak, özellikle Ay’ın yüzeyinde ay üssü gibi kalıcı yapılar inşa edilecekse, Ay’a yapılacak görevlerin planlanması açısından kritik öneme sahiptir.

Yeni bir çalışma, dağıtılmış akustik algılama (DAS) adı verilen yeni bir sismolojik teknolojinin, ay depremlerini benzeri görülmemiş bir hassasiyetle ölçebileceğini gösteriyor. NASA’nın yaklaşan Artemis misyonları, diğer araştırma amaçlarının yanı sıra yeni sismik sensörler yerleştirmek için aya geri dönmeyi planladığından, çalışma, geleneksel sismometreler yerine DAS’ın kullanılması gerektiğini ortaya koyuyor.

A kağıtaraştırmayı açıklayan “Ay depremi tespiti için Dağıtılmış Akustik Algılamanın (DAS) fizibilitesinin değerlendirilmesi” başlıklı dergide yer almaktadır. Dünya ve Gezegen Bilimi Mektupları.

Jeofizik Profesörü Zhongwen Zhan (Ph.D.) son on yıldır, fiber optik kablo yoluyla lazerler göndermeyi ve lazer ışığının kablo boyunca sallanma veya titreme sırasında nasıl değiştiğini ölçmeyi içeren DAS’ı geliştiriyor. Bu şekilde kablo, yüzlerce ayrı sismometreden oluşan bir dizi gibi davranarak araştırmacıların depremleri çok hassas bir şekilde ölçmesine olanak tanıyor. Yakın zamanda yapılan bir araştırma, 100 kilometrelik bir kablonun 10.000 sismometreye eşdeğer işlev görebileceğini gösterdi.

Ay’da birbirinden uzak yalnızca birkaç sismometre olduğundan, ay depremlerinin sismik sinyalleri oldukça bulanık veya “gürültülü”, tıpkı statik dolu bir radyoyu dinlemek gibi. Bunun nedeni, sismik dalgaların ay yüzeyinin tozlu üst katmanı boyunca ilerlerken daha az belirgin hale gelmesine neden olan saçılma adı verilen bir olgudur. Birden fazla sensöre sahip olmak (aslında fiber optik kablonun sağlayabileceği gibi binlerce sensöre sahip olmak), gürültülü bir sinyali netleştirmeye yardımcı olabilir.

Jeofizik alanında doktora sonrası araştırmacı araştırma görevlisi Qiushi Zhai tarafından yürütülen yeni çalışmada, araştırmacılar Antarktika’da DAS teknolojisiyle donatılmış bir fiber optik kablo yerleştirdiler. Güney Kutbu’nun insan faaliyetlerinden uzak, dondurucu ve kuru ortamı, Dünya’da Ay’a en yakın örnektir. DAS sensörleri, buzun çatlaması ve hareket etmesinden kaynaklanan küçük sarsıntıyı ölçecek kadar hassastı; bu da onların ay depremlerini ölçebileceklerini gösteriyor.

Zhai, “Ay’da DAS kullanmanın bir diğer avantajı, fiber optik kablonun zorlu ay ortamına fiziksel olarak oldukça dayanıklı olmasıdır: yüksek radyasyon, aşırı sıcaklıklar ve yoğun toz” diyor Zhai.

Sonraki adımlar, DAS’ın ayda mevcut olan sınırlı güç kaynaklarıyla çalışabileceğini göstermek ve depremlerin ne kadar küçük ve uzak olabileceğini ve hala tespit edilebileceğini anlamak için daha fazla modelleme ve analiz yapmaktır.

Dağıtılmış akustik algılama: Nasıl çalışır?

Fiber optik kabloyu yoğun bir sismik sensör dizisi olarak kullanmak için, lazer yayıcılar kablonun bir ucuna yerleştirilir ve kablonun çekirdeğini oluşturan uzun, ince cam şeritler boyunca ışık huzmeleri gönderir. Camda, ışığın küçük bir kısmını kaydedildiği kaynağa geri yansıtan küçük kusurlar vardır.

Bu şekilde, her bir kusur, genellikle yer seviyesinin hemen altında gömülü olan fiber optik kablo boyunca izlenebilir bir geçiş noktası görevi görür. Yerde hareket eden sismik dalgalar kablonun hafifçe kıpırdamasına neden olur, bu da ışığın bu ara noktalara gidiş geliş süresini değiştirir.

Böylece kablonun uzunluğu boyunca oluşan kusurlar, sismologların sismik dalgaların hareketini gözlemlemesine olanak tanıyan binlerce ayrı sismometre gibi hareket eder. Örneğin, Kaliforniya eyaleti boyunca telekomünikasyon fiber optik kablolarını kullanmak, milyonlarca sismometre ile örtmeye eşdeğer olabilir, bu da araştırmacıların, fiber optik kabloların yakınlarda olduğu her yerde kabuk dinamiklerine ilişkin ayrıntılı gözlemler oluşturmasına olanak tanır.