Ett ökande antal seismologer använder fiberoptiska kablar för att upptäcka seismiska vågor på jorden – men hur skulle den här tekniken klara sig på månen, och vad skulle den säga oss om de djupa lagren av vår närmaste granne i rymden?
I Seismological Research Letters, Wenbo Wu från Woods Hole Oceanographic Institute och kollegor utforskar idén om att distribuera ett fiberseismiskt nätverk på månen och diskuterar några av utmaningarna att övervinna.
De testar också detta hypotetiska nätverk med hjälp av konstgjorda seismogram skapade från data som samlats in av seismometrar placerade på månens yta av Apollo-uppdragen. Baserat på deras resultat säger Wu och kollegor att ett fiberseismiskt nätverk skulle kunna identifiera den typ av seismiska vågor som skulle ge mer information om månens djupa kärnstruktur.
De fyra seismometrarna som placerades på månen mellan 1969 och 1976 av Apollo-uppdragen upptäckte tusentals seismiska händelser under sju år på månens närmaste sida. Dessa händelser inkluderade grunda och djupa månbävningar, såväl som meteoritnedslag.
Apollos seismiska data kom dock med några obesvarade frågor:Vad förklarar den mystiska bristen på månbävningar som upptäcks på månens bortre sida? Och varför upptäckte Apollo-seismometrarna månbävningar som inträffade 700 till 1 100 kilometer under ytan, på ett djup på jorden där värme och tryck skulle leda till plastisk deformation istället för det spröda avbrottet av en jordbävning?
Att besvara dessa frågor kommer att kräva många fler seismometrar utplacerade i en hård miljö för att samla in ytterligare seismiska händelser, en uppgift för vilken fiberseismiska nätverk är väl lämpade, föreslår forskarna.
Wu och kollegor föreslår att man använder Distributed Acoustic Sensing, eller DAS, för ett nymånenätverk. DAS använder de små interna defekterna i en lång optisk fiber som seismiska sensorer. Ett instrument som kallas en interrogator i ena änden av fibern skickar laserpulser ner i kabeln som reflekteras av fiberdefekterna och studsar tillbaka till instrumentet. När fibern störs av seismisk aktivitet kan forskare undersöka förändringar i de reflekterade pulserna för att lära sig mer om de resulterande seismiska vågorna.
"Det är en mycket tät seismisk grupp," sa Wu. "En kabel kan ge dig tusentals individuella sensorer."
En av de största utmaningarna för månens seismologi är det porösa och spruckna täcket av spillror som kallas regolit som täcker månens yta. Några av de första seismiska vågorna som upptäcks efter en månbävning sprids av detta lager, och spridningen skymmer senare ankommande vågor som kan ge mer information om månens djup.
Data som samlas in av de tusentals sensorerna i en DAS-array kan jämföras med en signalbehandlingsteknik som kallas array-stacking, visar Wu och kollegor. Denna teknik hjälper till att separera "djupa signaler dolda i de spridda vågorna" och andra källor till främmande seismiskt brus, förklarade Wu.
När teamet använde tekniken på de artificiella seismogrammen kunde de hämta en seismisk vågfas som kallas ScS, som är en skjuvning eller S-våg som färdas från jordbävningens ursprung mot månens kärna innan den reflekteras upp till ytan.
Wu sa att det är viktigt att köra den här typen av experiment innan man sätter in en faktisk fiberuppsättning på månen. "Innan en uppskjutning måste det finnas robusta numeriska simuleringar av vågutbredning," sa han. "Vi gör läxorna för att ta reda på om vi kan få data och vad vi kan göra med datan."
Om forskare kan hitta sätt att tillhandahålla ström och reparationer till ett seismiskt nätverk av månfiber, kan arrayen fungera i flera år, noterade Wu. "På jorden om strömmen är bra kan vi hålla den igång i årtionden."
I uppsatsen föreslår forskarna att det skulle vara möjligt att kombinera DAS med andra föreslagna månprogram som att placera ett radioteleskop, som redan skulle behöva fiberoptiska kablar för att ansluta till en antenn, på månens bortre sida.
"Om vi kan kombinera dessa projekt för att spara kostnaderna, skulle det verkligen öka chansen att få det att hända och få maximal vetenskaplig effekt", sa Wu.
Mer information: Wenbo Wu et al, Fiber Seismic Network on the Moon, Seismological Research Letters (2024). DOI:10.1785/0220230067
Journalinformation: Seismologiska forskningsbrev
Tillhandahålls av Seismological Society of America
