Nordkorea tros ha genomfört ett vätebombtest. Seismiska stötvågor från det underjordiska testet kändes i Kina, och snabbt upptäckt av både Sydkorea och Japan – båda bekräftade oberoende att det var ett kärnvapenprov. Så vad kan seismisk vetenskap berätta om sådana tester?
Vad är historien om att använda seismiska tekniker för att övervaka kärnvapenprov?
Användningen av vad som kallas "kriminalteknisk seismologi" för att upptäcka och identifiera kärnvapenprov går tillbaka nästan till själva kärnvapenfödelsen. 1946, USA genomförde det första undervattenstestet av en kärnvapenbomb vid Bikini-atollen i Stilla havet. Stötvågorna som skapades av den enorma explosionen fångades upp vid seismometrar över hela världen, och forskare insåg att seismologi kunde användas för att övervaka den här typen av tester.
1963, på höjden av det kalla kriget, kärnvapenprover flyttade under jorden. De seismiska vågorna från underjordiska tester är svårare att upptäcka, eftersom skakkänslan över så långa avstånd är mycket liten – bara runt en miljondels centimeter.
För att mäta vågorna från underjordiska tester, forskare utvecklade känsligare seismometerinstrument och började installera seismiska arrayer, där flera seismometrar är utplacerade inom några kilometer från varandra. En seismisk array är bättre i stånd att plocka ut de små vibrationerna från en viss källa än en enskild seismometer, och kan även användas för att med större noggrannhet räkna ut varifrån vågorna ursprungligen kommer.
1996, CTBT (Comprehensive Test Ban Treaty) öppnades för underskrifter, syftar till att förbjuda alla kärnkraftsexplosioner. För att upprätthålla detta fördrag, den Wien-baserade CTBT-organisationen etablerar ett internationellt övervakningssystem med över 50 seismiska övervakningsstationer för att upptäcka kärnvapenprov var som helst på jorden.
Detta system använder inte bara seismometrar. Infraljudsinstrument lyssnar efter mycket lågfrekventa ljudvågor, ohörbart för det mänskliga örat, genererade av potentiella kärnvapenexplosioner i atmosfären; hydroakustiska instrument lyssnar efter ljudvågor som färdas långa sträckor genom haven som genereras av undervattensexplosioner, och radionukliddetektorer "nosar ut" radioaktiva gaser som släpps från en kärnkraftstestplats.
Vad letar seismiska monitorer efter?
Någon form av jordbävning eller explosion, oavsett om det är naturligt eller konstgjort, producerar olika typer av stötvågor som färdas genom jorden och kan detekteras av seismometrar, som kan mäta mycket små markrörelser. De snabbaste vågorna som kommer fram är de primära vågorna (P-vågor), följt av sekundära vågor (S-vågor), som färdas djupt genom jorden. Sedan kommer de långsammare ytvågorna, som orsakar den mest skakande känslan på marknivå eftersom de bara färdas nära ytan.
Seismometrar använder skillnaden i ankomsttiderna för de olika typerna av vågor för att ta reda på hur långt borta en jordbävning eller explosion inträffade, och hur djupt under jorden dess källa var. De kan också mäta hur kraftig jordbävningen var (omfattningen).
Hur skiljer seismologer mellan en explosion och en jordbävning?
Det finns ett antal sätt att göra detta. En är att mäta på vilket djup jordbävningen inträffade. Även med modern borrteknik, det är bara möjligt att placera en kärnkraftsanordning några kilometer under marken; om en jordbävning inträffar på ett djup av mer än 10 km, vi kan vara säkra på att det inte är en kärnvapenexplosion.
Studier av de många kärnvapenprov som ägde rum under det kalla kriget visar att explosioner genererar större P-vågor än S-vågor jämfört med jordbävningar. Explosioner genererar också proportionellt mindre ytvågor än P-vågor. Seismologer kan därför jämföra storleken på de olika typerna av vågor för att försöka avgöra om vågorna kom från en explosion eller en naturlig jordbävning.
För fall som Nordkorea, som har genomfört en serie kärnvapenprov sedan 2006, vi kan direkt jämföra formen på vågorna som registrerats från varje test. Eftersom alla tester utfördes på platser inom några kilometer från varandra, vågorna har en liknande form, skiljer sig endast i storlek.
Vad kan seismologi berätta om det senaste testet?
Seismologiska data kan berätta om det var en explosion, men inte om den explosionen orsakades av en kärnstridsspets eller konventionella sprängämnen. För slutgiltig bekräftelse på att en explosion var kärnvapen, vi måste förlita oss på radionuklidövervakning, eller experiment på själva testplatsen.
Liknande, vi kan inte uttryckligen skilja mellan en kärnklyvningsbomb och en termonukleär vätebomb, Vi kan inte heller säga om en bomb är tillräckligt liten för att monteras på en missil, som den nordkoreanska regeringen hävdar.
Det vi kan få ut av uppgifterna är en uppfattning om sprängningens storlek. Det här är inte enkelt, eftersom storleken på de seismiska vågorna och hur de relaterar till bombens explosiva kraft beror mycket på var exakt testet ägde rum, och hur djupt under jorden. Men när det gäller detta senaste test, vi kan direkt jämföra omfattningen med tidigare nordkoreanska tester.
Denna senaste explosion är avsevärt kraftigare än nordens senaste test i september 2016; det norska seismiska övervakningscentret, NORSAR, uppskattar en explosion motsvarande 120 kiloton TNT. För jämförelse, bomberna som släpptes på Hiroshima och Nagasaki 1945 gav 15 respektive 20 kiloton sprängningar.
Hur tillförlitlig är tekniken?
Trots varningarna ovan, den förbättrade känsligheten hos de tillgängliga instrumenten och det ökade antalet övervakningsstationer innebär att det nu finns ett mycket pålitligt nätverk för att upptäcka kärnvapenprov var som helst på planeten.
Även om fördraget om omfattande testförbud inte är i kraft, den vetenskapliga expertisen hos dem som undersöker sådana händelser förbättras alltid. Det faktum att övervakningsbyråer i Japan och Sydkorea bekräftade detta senaste test inom några timmar visar hur imponerande det kan vara.
Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln. 
