Инженеры Лаборатории реактивного движения NASA разработали и опробовали способ регистрации подземных толчков с помощью приборов на воздушных шарах. Подобным же образом могут изучать недра Венеры перспективные исследовательские аппараты, которые расположатся в сравнительно безопасных верхних слоях ее атмосферы. А разместить долговременные сейсмометры на поверхности этой планеты пока не представляется возможным.
©NASA, JPL
Серию экспериментов специалисты JPL провели еще в 2019 году, но обработка их результатов заняла продолжительное время. Научную работу с описанием метода и анализом полученных данных они недавно опубликовали в журнале Geophysical Research Letters.
Подземные толчки вызывают колебания окружающего воздуха, которые могут улавливать приборы на летательных аппаратах. Но это в теории, а на практике эту концепцию до недавнего времени полноценно ни разу не проверяли. И если на Земле у человечества есть отличная возможность расположить множество чувствительных сейсмометров по всей поверхности планеты, то на других небесных телах такая роскошь может быть недоступна.
Американская Лаборатория реактивного движения (JPL) создала сравнительно простой аппарат для экспериментального подтверждения возможности регистрации землетрясений таким способом. Он представляет собой небольшой блок аппаратуры с высокочувствительным барометром. Проходя мимо него, акустические волны вызывают небольшой скачок давления воздуха, который и регистрирует прибор.
Проверить свою разработку в реальных условиях инженеры JPL решили в июле 2019 года. Тогда между четвертым и шестым числом около города Риджкрест в штате Калифорния произошла серия мощных землетрясений. За ними последовали порядка десяти тысяч афтершоков (повторных, более слабых толчков) на протяжении полутора месяцев. Блоки аппаратуры с барометрами разместили на четырех воздушных шарах типа «гелитроп».
Такие воздушные шары запускаются на рассвете и набирают высоту за счет нагрева наполняющего их газа солнцем. К вечеру, когда температура баллона падает, он снижается с 18-24 километров обратно на землю. Удача улыбнулась ученым 22 июля: афтершок магнитудой 4,2 зафиксировали приборы двух шаров. Правда, на одном соотношение сигнал-шум оказалось слишком плохим, так что его данные пришлось признать нерепрезентативными.
Зато второй барометр отчетливо уловил волну инфразвука, которая пришла к нему через 32 секунды, после того, как на расстоянии около 80 километров от него произошло землетрясение. Шар в этот момент находился на высоте порядка 4,8 километра. Этот момент стал первым случаем в истории, когда подземные толчки удалось зафиксировать с аэростата. Хотя, конечно, для понимания своего триумфа ученым пришлось несколько месяцев анализировать данные с барометра и сопоставлять их с показаниями наземных сейсмометров при помощи разнообразного ПО.
Тем не менее на основе этих результатов специалисты NASA смогут разработать новые продвинутые модели. А уже они, в свою очередь, позволят создать приборы воздушного базирования для регистрации сейсмических колебаний. Как на Земле, так и на других планетах с плотной атмосферой.
Большая часть информации об устройстве нашей планеты получена учеными при помощи тщательного анализа данных с сейсмометров. По тому, как волны распространяются в недрах небесного тела, можно составить картину их устройства. Причем человечество успело провести подобные эксперименты не только на Земле, но и на других небесных телах — Луне и Марсе. Сравнивая строение разных планет и их спутников, ученые получают более полное представление об эволюции подобных объектов и устройстве мира в целом.
С Венерой, однако, есть проблема: на ее поверхности температура превышает 460 градусов Цельсия (плавится свинец), а давление в 92 раза выше, чем на Земле (ветер передвигает небольшие камни и отесывает их в гальку, как вода). В таких условиях еще ни один венерианский исследовательский зонд не смог проработать существенно дольше двух часов. А для полноценных сейсмических наблюдений датчик должен функционировать несколько месяцев, а лучше — лет.
Альтернатива, разрабатываемая Лабораторией реактивного движения, выглядит заманчиво. Аэростаты на Венере уже испытывали в советских миссиях аппаратов серии «Вега». Каждый из них на этапе спуска через атмосферу выпускал два зонда, представлявших собой воздушные шары с набором научного оборудования под ними. Эти аэростаты на протяжении 46 часов дрейфовали в венерианской атмосфере на высоте около 54 километров.
В этом регионе условия довольно близки к земным: давление около половины атмосферы, а температура колеблется между 27 и 43 градусами. То есть при желании на этой высоте можно разместить долгоживущий исследовательский зонд, удерживающийся на аэростате. Первый подобный аппарат на Венеру NASA планирует запустить в 2030 году, в рамках миссии DAVINCI+. Пока не уточняется, будут ли на него установлены барометры.
Но с точки зрения удобства регистрации землетрясений приборами атмосферного базирования Венера гораздо удобнее Земли. Расчеты инженеров JPL показывают, что на второй планете от Солнца инфразвуковые волны будут распространяться не менее чем в 60 раз эффективнее, чем в земном воздухе. Значит, даже у аппарата, находящегося на высоте порядка 50-60 километров, будет шанс зафиксировать сейсмические колебания. А это уже позволит ученым лучше понять загадочную внутреннюю структуру Венеры, о которой у человечества до сих пор катастрофически мало данных.
Комментарии
80 км в породе, в воздухе 4,8 км. Может ли звук пройти это расстояние за 32 сек.?