• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • NASA-ballong upptäcker jordbävning i Kalifornien - nästa stopp, Venus?

    Fyra "heliotrop"-ballonger flögs nära Ridgecrest, Kalifornien, efter en serie jordbävningar rasade regionen i juli, 2019. Genom att fästa barometrar på ballongerna, forskare från JPL och Caltech hoppades kunna upptäcka ljudet från ett av efterskalven. Kredit:NASA/JPL-Caltech

    Mellan 4 juli och 6 juli, 2019, en sekvens av kraftiga jordbävningar mullrade nära Ridgecrest, Kalifornien, utlöser mer än 10, 000 efterskalv under en sexveckorsperiod. Att se en möjlighet, forskare från NASA:s Jet Propulsion Laboratory och Caltech flög instrument fästa på höghöjdsballonger över regionen i hopp om att göra den första ballongburna upptäckten av en naturligt förekommande jordbävning. Deras mål:Att testa tekniken för framtida tillämpningar på Venus, där ballonger utrustade med vetenskapliga instrument kunde sväva över planetens ytterst ogästvänliga yta.

    Och de lyckades. Den 22 juli, mycket känsliga barometrar (instrument som mäter förändringar i lufttrycket) på en av ballongerna upptäckte de lågfrekventa ljudvågorna som orsakats av ett efterskalv på marken.

    I deras nya studie, publicerades den 20 juni i Geofysiska forskningsbrev , teamet bakom ballongerna beskriver hur en liknande teknik kan hjälpa till att avslöja Venus innersta mysterier, där yttemperaturerna är tillräckligt höga för att smälta bly och atmosfärstrycket är tillräckligt högt för att krossa en ubåt.

    Planetariska mullrar

    Ungefär lika stor som jorden, Venus tros en gång ha varit mer gästvänlig innan den utvecklades till en plats som skiljer sig anmärkningsvärt från vår beboeliga värld. Forskare är inte säkra på varför det hände.

    En av "heliotrop"-ballongerna förbereds för flygning strax efter jordbävningen i Ridgecrest 2019. Ballongerna sköts upp från Kaliforniens Mojaveöknen och fick driva över regionen. Kredit:NASA/JPL-Caltech

    Ett viktigt sätt att förstå hur en stenig planet utvecklades är att studera vad som finns inuti, och ett av de bästa sätten att göra det är att mäta de seismiska vågorna som studsar runt under dess yta. På jorden, olika material och strukturer bryter dessa underjordiska vågor på olika sätt. Genom att studera styrkan och hastigheten hos vågor som produceras av en jordbävning eller explosion, seismologer kan fastställa karaktären hos steniga lager under ytan och till och med lokalisera reservoarer av vätska, som olja eller vatten. Dessa mätningar kan också användas för att detektera vulkanisk och tektonisk aktivitet.

    "Mycket av vår förståelse om jordens inre - hur den svalnar och dess förhållande till ytan, där livet finns – kommer från analysen av seismiska vågor som korsar områden så djupa som jordens inre kärna, " sa Jennifer M. Jackson, William E. Leonhard professor i mineralfysik vid Caltechs seismologiska laboratorium och en studie medförfattare. "Tiotusentals markbaserade seismometrar befolkar rumsligt täta eller permanenta nätverk, möjliggör denna möjlighet på jorden. Vi har inte den här lyxen på andra planetariska kroppar, speciellt på Venus. Observationer av seismisk aktivitet där skulle stärka vår förståelse av steniga planeter, men Venus extrema miljö kräver att vi undersöker nya upptäcktstekniker."

    JPL och Caltech har utvecklat denna ballongbaserade seismologiteknik sedan 2016. Eftersom seismiska vågor producerar ljudvågor, information översätts från underytan och till atmosfären. Värdefull vetenskap kan sedan samlas in genom att studera ljudvågor från luften på ett liknande sätt som seismologer skulle studera seismiska vågor från marken.

    Om detta kunde uppnås på Venus, forskare kommer att ha hittat ett sätt att studera planetens gåtfulla inre utan att behöva landa någon hårdvara på dess extrema yta.

    Ridgecrest skalv

    Under efterskalv efter jordbävningssekvensen i Ridgecrest 2019, JPL:s Attila Komjathy och hans kollegor ledde kampanjen genom att släppa två "heliotrop"-ballonger. Baserat på en design utvecklad av studiens medförfattare Daniel Bowman från Sandia National Laboratories i Albuquerque, New Mexico, ballongerna stiger till höjder av cirka 11 till 15 miles (18 till 24 kilometer) när de värms upp av solen och återvänder till marken i skymningen. När ballongerna drev, barometrar som de bar mätte förändringar i lufttrycket över regionen medan de svaga akustiska vibrationerna från efterskalven färdades genom luften.

    "Att försöka upptäcka naturligt förekommande jordbävningar från ballonger är en utmaning, och när du först tittar på data, du kan känna dig besviken, eftersom de flesta skalv med låg styrka inte producerar starka ljudvågor i atmosfären, sa Quentin Brissaud, en seismolog vid Caltechs seismologiska laboratorium och Norwegian Seismic Array (NORSAR) i Oslo, Norge. "Alla typer av omgivningsljud upptäcks, även ballongerna själva genererar buller."

    Under tidigare tester, forskarna upptäckte de akustiska signalerna från seismiska vågor som genereras av en seismisk hammare (en tung massa som tappas till marken), samt sprängämnen som detonerade på marken under tjudrade ballonger. Men kunde forskarna göra detsamma med fritt svävande ballonger ovanför en naturlig jordbävning? Den största utmaningen bland andra:Det fanns ingen garanti för att en jordbävning ens skulle inträffa medan ballongerna var i luften.

    Den 22 juli, de hade en lycklig paus:markbaserade seismometrar registrerade ett efterskalv med magnituden 4,2 nästan 80 kilometer bort. Cirka 32 sekunder senare, en ballong upptäckte en lågfrekvent akustisk vibration – en typ av ljudvåg under tröskeln för mänsklig hörsel som kallas infraljud – sköljer över den när den stiger till en höjd av nästan 3 miles (4,8 kilometer). Genom analys och jämförelser med datormodeller och simuleringar, forskarna bekräftade att de hade, för första gången, upptäckte en naturligt förekommande jordbävning från ett ballongburet instrument.

    "Eftersom det finns ett så tätt nätverk av seismometer markstationer i södra Kalifornien, vi kunde få "grundsanningen" om tidpunkten för skalvet och dess plats, sade Brissaud, studiens huvudförfattare. "Vågen vi upptäckte var starkt korrelerad med närliggande markstationer, och jämfört med modellerade data, som övertygade oss - vi hade hört en jordbävning."

    Forskarna kommer att fortsätta flyga ballongerna över seismiskt aktiva områden för att bli mer bekanta med infraljudssignaturerna som är förknippade med dessa händelser. Genom att lägga till flera barometrar till samma ballong och flyga flera ballonger samtidigt, de hoppas kunna lokalisera var ett skalv inträffar utan att behöva bekräftelse från markstationer.

    Från Kalifornien till Venus

    Att skicka ballonger till Venus har redan visat sig vara genomförbart. De två Vega-missionsballongerna som utplacerades där 1985 av ett sovjetiskt kooperativ överförde data i över 46 timmar. Ingen av dem bar instrument för att upptäcka seismisk aktivitet. Nu visar denna studie att tekniken för att detektera infraljud vid Venus också kan vara möjlig. Faktiskt, eftersom Venus atmosfär är mycket tätare än jordens, ljudvågor färdas mycket mer effektivt.

    "Den akustiska kopplingen av jordbävningar till atmosfären beräknas vara 60 gånger starkare på Venus än på jorden, vilket betyder att det borde vara lättare att upptäcka venusbävningar från de svala lagren av Venus atmosfär mellan 50 till 60 kilometer [ca 31 till 37 miles] över havet, " sa JPL-teknologen Siddharth Krishnamoorthy, huvudutredare av analysinsatsen. "Vi borde kunna upptäcka venusbävningar, vulkaniska processer, och utgasande händelser samtidigt som aktivitetsnivåerna karakteriseras."

    Det som intresserar Krishnamoorthy mest med att flyga ballonger på Venus är att forskare kan använda dem för att driva över regioner som ser ut att vara seismiskt aktiva baserat på satellitobservationer och ta reda på om de verkligen är det. "Om vi ​​glider över en hotspot, eller vad som ser ut som en vulkan från omloppsbana, ballongen skulle kunna lyssna efter akustiska ledtrådar för att ta reda på om den verkligen fungerar som en jordbunden vulkan, sa Krishnamoorthy, som också var teknisk ledare för Ridgecrest-ballongkampanjen. "På det här sättet, ballonger kan ge grundsanningen för satellitmätningar."

    Medan Venus ballongteam fortsätter att utforska dessa möjligheter, kollegor på NASA kommer att gå vidare med två uppdrag som byrån nyligen valde att gå till Venus mellan 2028 och 2030:VERITAS kommer att studera planetens yta och inre, och DAVINCI+ kommer att studera dess atmosfär. ESA (European Space Agency) har också tillkännagett sitt eget uppdrag till Venus, EnVision. Dessa uppdrag kommer att ge nya ledtrådar till varför den en gång jordliknande planeten blev så ogästvänlig.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com