Сотрудники Лаборатории реактивного движения NASA разработали и испытали метод фиксации подземных толчков с использованием оборудования, установленного на воздушных шарах. Аналогичную технологию можно будет применить для исследования недр Венеры с помощью исследовательских аппаратов, которые будут расположены в верхних слоях ее атмосферы, где условия более благоприятные. Размещение сейсмометров для длительных наблюдений на поверхности этой планеты в настоящее время невозможно.
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.
Землетрясения порождают колебания в воздухе, которые потенциально могут фиксировать приборы, установленные на летательных аппаратах. Однако, до недавнего времени, эта идея не получила практического подтверждения. В то время как на Земле существует возможность размещения большого количества сейсмометров по всей планете, на других небесных телах это может быть невозможно.
Американская Лаборатория реактивного движения (JPL) для экспериментальной проверки возможности регистрации землетрясений с помощью этого метода была разработана относительно несложная установка. Она состоит из небольшого блока оборудования, оснащенного высокочувствительным барометром. Акустические волны, проходя мимо прибора, вызывают незначительное изменение давления воздуха, которое фиксируется.
Инженеры должны провести проверку разработанного продукта в реальных условиях 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».
Воздушные шары запускают на рассвете, и по мере нагрева газа, которым они наполнены, они поднимаются вверх. По мере снижения температуры баллона к вечеру, они опускаются с высоты 18-24 километров на землю. 22 июля ученым сопутствовал успех: приборы на двух шарах зарегистрировали афтершок магнитудой 4,2. Однако, данные с одного шара оказались нерепрезентативными из-за слишком низкого соотношения сигнал-шум.
Второй барометр, напротив, четко зарегистрировал волну инфразвука, достигшую его через 32 секунды после землетрясения, произошедшего на расстоянии примерно в 80 километров. В этот момент шар поднимался на высоту около 4,8 километра. Это стало первым зарегистрированным случаем фиксации подземных толчков с использованием аэростата. Для интерпретации полученных результатов ученым потребовалось несколько месяцев анализа данных барометра и их сопоставления с показаниями наземных сейсмометров с помощью различных программных средств.
Тем не менее, на основании полученных данных эксперты 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.
Важность сейсмометров
Значительный объем сведений о внутреннем строении нашей планеты был получен благодаря детальному изучению данных, поступающих с сейсмометров. На основе анализа распространения волн в недрах небесного тела можно реконструировать его структуру. К настоящему моменту подобные исследования проводились не только на Земле, но и на Луне и Марсе. Сопоставление строения различных планет и их спутников позволяет ученым получить более глубокое понимание эволюции этих объектов и устройства Вселенной.
Условия на Венере создают серьезные трудности: температура поверхности превышает 460 градусов Цельсия (при такой температуре плавится свинец), а давление в 92 раза больше, чем на Земле (ветер способен перемещать небольшие камни и обтесывать их в гальку, подобно воздействию воды). Из-за таких экстремальных условий ни один венерианский исследовательский зонд не проработал до сих пор более двух часов. Для проведения полноценных сейсмических наблюдений датчику требуется функционировать в течение нескольких месяцев, а оптимально – лет.
Разрабатываемая Лабораторией реактивного движения альтернатива представляется весьма перспективной. Советские миссии аппаратов серии «Вега» уже использовали аэростаты для исследований Венеры. В ходе спуска через атмосферу каждый аппарат выпускал два зонда – воздушные шары с научным оборудованием, прикрепленным к ним. Эти аэростаты дрейфовали в атмосфере Венеры на высоте примерно 54 километра в течение 46 часов.
Здешние условия весьма напоминают земные: давление составляет примерно половину от земного, а температура варьируется от 27 до 43 градуса. Это позволяет разместить на данной высоте долгосрочный исследовательский зонд, поддерживаемый аэростатом. Первый подобный аппарат на Венеру NASA планирует запустить в 2030 году, в рамках миссии DAVINCI+. Пока не сообщается, будут ли к нему подключены барометрические датчики.
Венера представляется более подходящим объектом для регистрации землетрясений при помощи приборов, основанных на атмосферных измерениях, чем Земля. Инженерные расчеты 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.