A differenza della Terra, la Luna non è tettonicamente attiva. I terremoti lunari hanno origini diverse:alcuni sono causati da differenze termiche tra il giorno e la notte poiché la superficie varia di temperatura, altri che si verificano più in profondità possono essere causati dall'attrazione gravitazionale della Terra e altri ancora sono causati dal lento raffreddamento e contrazione della Luna nel tempo. . Capire come, quando e dove si verificano questi terremoti è fondamentale per pianificare le missioni sulla Luna, soprattutto se sulla sua superficie devono essere costruite strutture permanenti come una base lunare.

Un nuovo studio dimostra che una nuova tecnologia sismologica emergente chiamata rilevamento acustico distribuito (DAS) sarebbe in grado di misurare i terremoti lunari con una precisione senza precedenti. Poiché le prossime missioni Artemis della NASA prevedono di tornare sulla Luna, tra gli altri obiettivi di ricerca, per implementare nuovi sensori sismici, lo studio sostiene l'utilizzo del DAS anziché dei sismometri convenzionali.

Un articolo, intitolato "Valutare la fattibilità del rilevamento acustico distribuito (DAS) per il rilevamento dei terremoti", che descrive la ricerca è apparso sulla rivista Earth and Planetary Science Letters .

Negli ultimi dieci anni, il professore di geofisica Zhongwen Zhan (Ph.D.) ha sviluppato il DAS, che prevede l'invio di laser attraverso un cavo in fibra ottica e la misurazione di come la luce laser cambia attraverso il cavo quando subisce scosse o tremori. In questo modo, il cavo agisce come una sequenza di centinaia di sismometri individuali, consentendo ai ricercatori di misurare i terremoti in modo molto preciso. Uno studio recente ha dimostrato che un tratto di cavo di 100 chilometri potrebbe funzionare come l'equivalente di 10.000 sismometri.

Con solo pochi sismometri individuali distanti tra loro sulla Luna, i segnali sismici dei terremoti lunari sono piuttosto confusi, o "rumorosi", come ascoltare una radio piena di scariche statiche. Ciò è dovuto a un fenomeno chiamato scattering, per cui le onde sismiche diventano meno chiare quando attraversano lo strato superiore polveroso della superficie lunare. Avere più sensori (anzi, migliaia, come potrebbe fornire un cavo in fibra ottica) aiuterebbe a chiarire un segnale rumoroso.

Nel nuovo studio, condotto da Qiushi Zhai, ricercatore associato post-dottorato in geofisica, i ricercatori hanno utilizzato un cavo in fibra ottica dotato di tecnologia DAS in Antartide. L'ambiente gelido e secco del Polo Sud, lontano dalle attività umane, è l'analogo più vicino alla Luna sulla Terra. I sensori DAS erano sufficientemente sensibili da misurare le piccole scosse causate dalla rottura e dal movimento del ghiaccio, suggerendo che sarebbero stati in grado di misurare i terremoti lunari.

"Un altro vantaggio dell'utilizzo del DAS sulla Luna è che un cavo in fibra ottica è fisicamente abbastanza resistente al duro ambiente lunare:radiazioni elevate, temperature estreme e polvere pesante", afferma Zhai.

I prossimi passi consistono nel dimostrare che il DAS può funzionare con le risorse energetiche limitate disponibili sulla Luna e nel condurre ulteriori modelli e analisi per capire come i terremoti piccoli e distanti possano essere ed essere ancora rilevabili.

Rilevamento acustico distribuito:come funziona?

Per utilizzare un cavo in fibra ottica come una fitta serie di sensori sismici, gli emettitori laser sono posizionati a un'estremità del cavo e sparano raggi di luce attraverso i lunghi e sottili fili di vetro che costituiscono il nucleo del cavo. Il vetro presenta piccole imperfezioni che riflettono una minuscola porzione della luce verso la sorgente, dove viene registrata.

In questo modo, ogni imperfezione funge da punto di passaggio tracciabile lungo il cavo in fibra ottica, che in genere è sepolto appena sotto il livello del suolo. Le onde sismiche che si muovono attraverso il terreno fanno oscillare leggermente il cavo, modificando il tempo di viaggio della luce da e verso questi punti di passaggio.

Pertanto, le imperfezioni lungo la lunghezza del cavo agiscono come migliaia di sismometri individuali che consentono ai sismologi di osservare il movimento delle onde sismiche. Utilizzare cavi in ​​fibra ottica per le telecomunicazioni in tutto lo stato della California, ad esempio, potrebbe equivalere a ricoprirlo con milioni di sismometri, consentendo ai ricercatori di creare osservazioni dettagliate delle dinamiche crostali ovunque si trovino cavi in ​​fibra ottica nelle vicinanze.