Czterdziestoletnie dane rzucają światło na sejsmologię Księżyca
Słyszeliście o trzęsieniach ziemi na Księżycu? Naukowy pewnie też nigdy by się o nich nie dowiedzieli, gdyby nie sejsmografy pozostawione na powierzchni Księżyca podczas misji Apollo. A wartość naukowa wykonanych przez nie pomiarów nie zniknęła tak po prostu w 1977 r. W 2011 r. naukowcy uzyskali bezcenne informacje na temat jądra Księżyca dzięki zastosowaniu nowoczesnej technologii obliczeniowej do analizy danych z sejsmografów Apollo. Trzy lata później te same dane pomogły fizykom dowiedzieć się, w jaki sposób można wykryć fale grawitacyjne – niewielkie zniekształcenia czasoprzestrzeni, których istnienie przewidział Einstein w 1916 r., ale których wcześniej nikt nie był w stanie zaobserwować. Jak mówi prof. Heiner Igel z Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium, „fakt, że sejsmometry Apollo zostały uruchomione prawie pół wieku temu i że nadal wykorzystujemy ich dane, świadczy o tym, że inżynierowie wykonali dobrą robotę”. Oczywiście, jak można się spodziewać po technologii liczącej sobie 40 lat, sejsmografy te były dalekie od doskonałości. Na przykład ograniczenia przepustowości i niestabilne okresy próbkowania uczyniłyby je bezużytecznymi w obecnych lub przyszłych misjach kosmicznych. Lepsze zrozumienie tych ograniczeń ma kluczowe znaczenie, jeśli mamy kiedykolwiek wrócić na Księżyc lub polecieć na Marsa, ponieważ pomogłoby nam przesunąć granice tego, czego można się nauczyć na podstawie danych z sejsmografów Apollo. Właśnie o to chodziło w projekcie SEISMO prowadzonym przez prof. Igela. Ponieważ praca z tak starymi danymi jest dość niezwykła dla sejsmologów, projekt miał na celu utorowanie drogi poprzez wykorzystanie tomografii szumem sejsmicznym do dokładniejszego modelowania skorupy i płaszcza Księżyca. W ramach projektu zastosowano najnowsze osiągnięcia w wykorzystującym pełny kształt fali modelowaniu rozpraszania w skali planety, aby stworzyć modele skorupy księżycowej, i przeanalizowano zupełnie nowe ścieżki badań dotyczące sejsmologii planetarnej. „Podobnie jak w przypadku Ziemi, sejsmologia może nam wiele powiedzieć o wnętrzu planety lub księżyca”, wyjaśnia prof. Igel. „Księżyc był bombardowany przez meteoryty od początku istnienia. W przeciwieństwie do Ziemi, nie ma na nim procesów takich jak deszcz lub wietrzenie, które mogłyby zniwelować uszkodzenia powierzchni, dlatego jest ona mocno spękana. Jeśli chcemy, aby przyszłe misje zakończyły się sukcesem, potrzebujemy jak najwięcej informacji o tym, jak fale sejsmiczne rozchodzą się na Księżycu”. Uzyskanie takich informacji nie było łatwym zadaniem. Dane sejsmiczne odzyskane z sejsmografów Apollo były pierwotnie zapisane na cyfrowych taśmach magnetycznych, na których zarejestrowany był czas odbioru sygnału na Ziemi. Następnie zostały przeniesione do formatu SEED (Standard for the Exchange of Earthquake Data), ale w trakcie realizacji projektu zespół prof. Igela odkrył pewne związane z czasem problemy z oryginalnymi plikami SEED. „Ponownie zaimportowaliśmy dane średniego okresu do formatu SEED i udostępniliśmy je poprzez IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology). W danych znajduje się wiele luk spowodowanych utratą sygnału lub problemami z urządzeniami, dlatego odtworzyliśmy sygnał, tak aby można było go odczytać jako zapis ciągły, z lukami w obrębie śladu sejsmicznego w wymaganych miejscach. Nowe pliki będą cennym źródłem do analizy budowy Księżyca”, wyjaśnia prof. Igel. Od czasu zakończenia projektu w styczniu 2018 r. prof. Igel pracuje nad wykorzystaniem danych z misji Apollo w dwóch nowych projektach i już przygotowuje kolejne. „Do modelowania silnie rozpraszającej powierzchni używamy narzędzia modelującego Salvus, opracowanego niedawno przez ETH w Zurychu. Tworząc różne możliwe modele powierzchni Księżyca, dowiadujemy się więcej o jego budowie. Na podstawie naszych modeli tworzymy sejsmogramy i porównujemy je z danymi z misji Apollo”, mówi. Inny projekt ma na celu przyjrzenie się wstrząsom sejsmicznym, które występują na głębokości około 800 km pod powierzchnią Księżyca. Prof. Igel bada, jak silnie pogrupowane są te wstrząsy, porównując kilka minut danych z sejsmogramów dla każdego zdarzenia.
Słowa kluczowe
SEISMO, Apollo, Księżyc, skorupa, sejsmologia, sejsmograf, fale sejsmiczne, nagrania
