Fiber optik kablo bilim adamlarının ayın derin katmanlarını araştırmasına yardımcı olabilir mi?

Giderek artan sayıda sismolog, Dünya’daki sismik dalgaları tespit etmek için fiber optik kablolar kullanıyor; ancak bu teknoloji ayda nasıl işleyecek ve bize uzaydaki en yakın komşumuzun derin katmanları hakkında ne söyleyecek?

İçinde Sismolojik Araştırma Mektupları, Woods Hole Oşinografi Enstitüsü’nden Wenbo Wu ve meslektaşları fikri araştır Ay’a fiber sismik ağ yerleştirme fikrinin üstesinden gelinmesi gereken bazı zorluklar tartışılıyor.

Ayrıca bu varsayımsal ağı, Apollo misyonları tarafından ay yüzeyine yerleştirilen sismometreler tarafından toplanan verilerden oluşturulan yapay sismogramları kullanarak da test ediyorlar. Wu ve meslektaşları, sonuçlarına dayanarak, fiber sismik bir ağın, ayın derin çekirdek yapısı hakkında daha fazla bilgi sağlayacak sismik dalga türlerini tanımlayabileceğini söylüyor.

1969-1976 yılları arasında Apollo misyonları tarafından aya yerleştirilen dört sismometre, ayın yakın tarafında yedi yıl boyunca binlerce sismik olayı tespit etti. Bu olaylar arasında sığ ve derin ay depremlerinin yanı sıra göktaşı çarpmaları da vardı.

Ancak Apollon sismik verileri bazı cevaplanmamış soruları da beraberinde getirdi: Ayın uzak tarafında tespit edilen gizemli ay depremlerinin yokluğunu ne açıklıyor? Peki Apollo sismometreleri neden yüzeyin 700 ila 1.100 kilometre altında, ısı ve basıncın bir depremin kırılgan kırılması yerine plastik deformasyona yol açacağı bir derinlikte meydana gelen ay depremlerini tespit etti?

Araştırmacılar, bu soruları yanıtlamak için, zorlu bir ortamda ek sismik olayları toplamak için çok daha fazla sismometrenin konuşlandırılmasını gerektireceğini ve fiber sismik ağların bu görev için çok uygun olduğunu öne sürüyor.

Wu ve meslektaşları, yeni ay ağı için Dağıtılmış Akustik Algılama veya DAS’ın kullanılmasını öneriyor. DAS, sismik sensörler olarak uzun bir optik fiberdeki küçük iç kusurları kullanır. Fiberin bir ucundaki sorgulayıcı adı verilen bir alet, kablonun aşağısına, fiber kusurlarından yansıyan ve cihaza geri dönen lazer darbeleri gönderir. Fiber sismik aktivite nedeniyle bozulduğunda araştırmacılar, ortaya çıkan sismik dalgalar hakkında daha fazla bilgi edinmek için yansıyan darbelerdeki değişiklikleri inceleyebilir.

Wu, “Bu çok yoğun bir sismik dizi” dedi. “Bir kablo size binlerce ayrı sensör sağlayabilir.”

Ay sismolojisinin en büyük zorluklarından biri, ayın yüzeyini kaplayan regolit adı verilen gözenekli ve kırıklı moloz örtüsüdür. Ay depreminden sonra tespit edilen ilk sismik dalgalardan bazıları bu katman tarafından saçılıyor ve bu saçılma, daha sonra gelen ve ayın derinlikleri hakkında daha fazla bilgi sağlayabilecek dalgaları engelliyor.

Wu ve meslektaşları, bir DAS dizisindeki binlerce sensör tarafından toplanan verilerin, dizi istifleme adı verilen bir sinyal işleme tekniğiyle karşılaştırılabileceğini gösterdi. Wu, bu tekniğin “dağınık dalgalarda gizlenmiş derin sinyalleri” ve diğer yabancı sismik gürültü kaynaklarını ayırmaya yardımcı olduğunu açıkladı.

Ekip, yapay sismogramlar üzerinde bu tekniği kullandığında, yüzeye yansımadan önce depremin kaynağından ayın çekirdeğine doğru ilerleyen bir kayma veya S dalgası olan ScS adı verilen sismik dalga fazını elde edebildiler.

Wu, aya gerçek bir fiber dizisi yerleştirmeden önce bu tür deneyleri yürütmenin önemli olduğunu söyledi. “Fırlatmadan önce dalga yayılımının sağlam sayısal simülasyonları olmalı” dedi. “Verileri alıp alamayacağımızı ve verilerle ne tür şeyler yapabileceğimizi öğrenmek için ödev yapıyoruz.”

Wu, araştırmacıların ay fiber sismik ağına güç ve onarım sağlamanın yollarını bulmaları halinde dizinin yıllarca çalışabileceğini belirtti. “Dünyada güç iyiyse, onu onlarca yıl çalışır durumda tutabiliriz.”

Makalede araştırmacılar, DAS’ı ayın uzak tarafına bir antene bağlanmak için zaten fiber optik kablolara ihtiyaç duyan bir radyo teleskopunun yerleştirilmesi gibi önerilen diğer ay programlarıyla birleştirmenin mümkün olabileceğini öne sürüyorlar.

Wu, “Eğer bu projeleri maliyetten tasarruf edecek şekilde birleştirebilirsek, bu gerçekten de bunu gerçekleştirme şansını artıracak ve maksimum bilimsel etkiye sahip olacaktır” dedi.