Een toenemend aantal seismologen gebruikt glasvezelkabels om seismische golven op aarde te detecteren, maar hoe zou deze technologie het doen op de maan, en wat zou het ons vertellen over de diepe lagen van onze naaste buur in de ruimte?

In Seismologische onderzoeksbrieven Wenbo Wu van het Woods Hole Oceanographic Institute en collega's onderzoeken het idee van het inzetten van een seismisch glasvezelnetwerk op de maan en bespreken enkele van de uitdagingen die moeten worden overwonnen.

Ze testen dit hypothetische netwerk ook met behulp van kunstmatige seismogrammen die zijn gemaakt op basis van gegevens verzameld door seismometers die door de Apollo-missies op het maanoppervlak zijn geplaatst. Op basis van hun resultaten zeggen Wu en collega's dat een seismisch glasvezelnetwerk het soort seismische golven zou kunnen identificeren dat meer informatie zou kunnen verschaffen over de diepe kernstructuur van de maan.

De vier seismometers die tussen 1969 en 1976 door de Apollo-missies op de maan werden geplaatst, detecteerden gedurende zeven jaar duizenden seismische gebeurtenissen aan de dichtstbijzijnde kant van de maan. Deze gebeurtenissen omvatten ondiepe en diepe maanbevingen, evenals meteorietinslagen.

De seismische gegevens van Apollo brachten echter enkele onbeantwoorde vragen met zich mee:wat verklaart het mysterieuze gebrek aan maanbevingen die aan de andere kant van de maan zijn gedetecteerd? En waarom hebben de Apollo-seismometers maanbevingen gedetecteerd die zich 700 tot 1.100 kilometer onder het oppervlak afspelen, op een diepte op aarde waar hitte en druk zouden leiden tot plastische vervorming in plaats van de broze breuk van een aardbeving?

Voor het beantwoorden van deze vragen zijn veel meer seismometers nodig die in een ruige omgeving worden ingezet om extra seismische gebeurtenissen te verzamelen, een taak waarvoor seismische glasvezelnetwerken zeer geschikt zijn, suggereren de onderzoekers.

Wu en collega's stellen voor om Distributed Acoustic Sensing, of DAS, te gebruiken voor een nieuwe maannetwerk. DAS gebruikt de kleine interne foutjes in een lange optische vezel als seismische sensoren. Een instrument, een ondervrager genaamd, aan het ene uiteinde van de vezel zendt laserpulsen langs de kabel die worden gereflecteerd door de vezelfouten en teruggekaatst naar het instrument. Wanneer de vezel wordt verstoord door seismische activiteit, kunnen onderzoekers veranderingen in de gereflecteerde pulsen onderzoeken om meer te leren over de resulterende seismische golven.

"Het is een zeer dichte seismische array", zei Wu. "Eén kabel kan duizenden individuele sensoren opleveren."

Een van de grootste uitdagingen voor de seismologie van de maan is de poreuze en gebroken deken van puin, regoliet genaamd, die het oppervlak van de maan bedekt. Sommige van de eerste seismische golven die na een maanbeving worden gedetecteerd, worden door deze laag verstrooid, en de verstrooiing verduistert later arriverende golven die meer informatie zouden kunnen verschaffen over de diepten van de maan.

De gegevens die door de duizenden sensoren in een DAS-array worden verzameld, kunnen worden vergeleken met een signaalverwerkingstechniek die array-stacking wordt genoemd, demonstreren Wu en collega's. Deze techniek helpt bij het scheiden van “diepe signalen verborgen in de verspreide golven” en andere bronnen van externe seismische ruis, legt Wu uit.

Toen het team de techniek op de kunstmatige seismogrammen toepaste, konden ze een seismische golffase met de naam ScS achterhalen. Dit is een schuif- of S-golf die zich verplaatst van de oorsprong van de aardbeving naar de kern van de maan voordat deze naar het oppervlak wordt gereflecteerd.

Wu zei dat het belangrijk is om dit soort experimenten uit te voeren voordat een daadwerkelijke glasvezelarray op de maan wordt ingezet. "Vóór een lancering moeten er robuuste numerieke simulaties van golfvoortplanting zijn", zei hij. "We doen het huiswerk om erachter te komen of we de gegevens kunnen krijgen en wat voor dingen we met de gegevens kunnen doen."

Als onderzoekers manieren kunnen vinden om stroom te leveren en reparaties uit te voeren aan een seismisch netwerk van maanvezels, zou de array jarenlang kunnen blijven functioneren, merkte Wu op. "Als de elektriciteit op aarde in orde is, kunnen we deze tientallen jaren draaiende houden."

In het artikel suggereren de onderzoekers dat het mogelijk zou zijn om DAS te combineren met andere voorgestelde maanprogramma's, zoals het plaatsen van een radiotelescoop, die al glasvezelkabels nodig heeft om verbinding te maken met een antenne, aan de andere kant van de maan.

"Als we deze projecten kunnen combineren om de kosten te besparen, zou dat de kans echt vergroten om het te realiseren en een maximale wetenschappelijke impact te hebben", aldus Wu.

Meer informatie: Wenbo Wu et al., Fiber Seismic Network on the Moon, Seismologische onderzoeksbrieven (2024). DOI:10.1785/0220230067

Journaalinformatie: Seismologische onderzoeksbrieven

Aangeboden door Seismological Society of America