En ballong hänger ovanför bergen och väntar på att vågor av infraljud som genereras av en jordbävning ska träffa. Här visualiseras dessa vågor ungefär av de grå prickarna. Kredit:CNES/Raphael Garcia.
En ny studie i AGU:s Geophysical Research Letters rapporterar om den första upptäckten av en stor, avlägsen jordbävning i ett nätverk av ballongbundna trycksensorer i stratosfären. Tekniken skulle en dag kunna tillämpas på Venus, vars heta, täta och frätande atmosfär begränsar vår förmåga att känna av Venus-bävningar från planetens yta. Ballongerna skulle också kunna användas på jorden på svåråtkomliga platser.
Övervakning av seismisk aktivitet på andra planeter är avgörande för att lära sig om deras inre strukturer, men till skillnad från på jorden kan planetforskare inte lita på ett globalt nätverk av markbaserade sensorer. Istället vänder de sig till atmosfären.
När en jordbävning inträffar skickar den vibrerande marken infraljud högt upp i atmosfären, där ballongerna och deras instrument väntar. Ballongerna flyter genom stratosfären i flera månader efter lanseringen och följer passivt atmosfäriska mönster på hög höjd. Med en diameter på cirka 11 meter och 30 kilogram (66 pund) kan ballongerna stödja upp till fyra instrument.
Seismologi är relativt nytt i stratosfären; ballongerna används mest för atmosfärisk vetenskap. Tidigare forskning har bekräftat att dessa ballongbaserade sensorer kan fånga upp små, lokala skalv, men fram tills nu hade ett multiballongnätverk ännu inte upptäckt stora jordbävningar på långt avstånd.
Den 14 december 2021 drabbade en jordbävning med magnituden 7,3 Floreshavet i Indonesien. Inom 10 minuter upptäckte fyra av IASEs Strateole-2-ballonger inom en radie på 3 000 kilometer (1860 mil) det resulterande infraljudet, på höjder så höga som 20 kilometer (12 miles). Utifrån dessa sensordata kunde Garcias forskargrupp exakt återberäkna jordbävningens magnitud och flera andra nyckelparametrar om både jordbävningen och planetstrukturen. De kunde till och med spåra spridningen av den seismiska vågen över ytan med sitt nätverk.
"Vi är väldigt, väldigt glada eftersom det inte bara var en enda ballong som upptäckte jordbävningen, den kändes av på flera ballonger", säger Raphael Garcia, huvudförfattare till den nya studien och en planetforskare vid Institut Supérieur de l'Aéronatique et de l'Espace vid universitetet i Toulouse.
Studien är ett viktigt proof-of-concept för att tillämpa denna seismiska övervakningsteknik på Venus. Även om ballongerna bara har testats i jordens atmosfär, tror Garcia och hans kollegor att de också kommer att fungera i Venus koldioxidrika atmosfär.
Vivacious Venus
År 2021 började forskare som studerade Venus att hänvisa till de kommande tio åren som "Venus decennium", eftersom tre uppdrag till planeten har accepterats för det tidiga 2030-talet. Venus, jordens "systerplanet", fascinerar planetforskare med dess okända inre struktur och dåligt förstådda långsiktiga interaktioner mellan tektonik och atmosfär som slutade med en så beboelig värld jämfört med den närliggande jorden. "Berättelsen om vårt intresse för Venus är att vi inte vet något om dess inre," säger Garcia. "Vi vet inte hur det är tillverkat inuti, och på jorden är seismologi ett av de bästa verktygen för att ta reda på det."
Som en del av Venus decennium arbetar flera team med ballongbaserad seismisk övervakning, men den nya studien är den första som framgångsrikt fångar stora, naturliga skalv med flera ballonger, säger Garcia.
"Sökningen efter att upptäcka ett stort skalv på stratosfäriska ballonger, det är lite konkurrenskraftigt", säger han. "Men det är en trevlig tävling, för i slutändan jobbar vi på att visa upp samma koncept." Ändå är han glad över att deras team tog denna prestation. Förslaget om ballongbaserad seismisk övervakning på Venus, kallad Phantom, kommer att skickas till New Frontiers NASA-uppdrag i samarbete med JPL-NASA och North Carolina State University.
Nätverkets framgång belyser också potentialen för ballongbaserad seismisk övervakning för att komplettera områden som är svåra att övervaka med ett markbaserat nätverk, såsom havsbotten. Ballongerna skulle också kunna användas som ett snabbinsatsverktyg för att övervaka efterskalv. + Utforska vidare
