Наша Луна сжимается, и происходит это с тех пор, как она образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад в результате столкновения с молодой Землей. Это сжатие, наряду с постоянным дождём из микрометеоритов, вызывает лунную сейсмическую активность. НАСА планирует отправить на Луну два прибора для измерения лунных землетрясений. Эти двойные сейсмометры используют технологию, впервые использованную на Марсе посадочным модулем InSight для измерения более тысячи марсотрясений.
Сейсмометры входят в состав Farside Seismic Suite (FSS). Он будет доставлен в бассейн Шрёдингера на Луне на Южном полюсе. Это будет первый подобный комплекс приборов, развернутый с тех пор, как сейсмическая полезная нагрузка программы «Аполлон» работала в течение короткого времени в 1971 году. Эта программа отправила обратно первые измерения лунных землетрясений. Последующие миссии Аполлона использовали другие сейсмические инструменты, которые передавали лунные данные до конца 1977 года.
ФСС отправит первые такие измерения с обратной стороны Луны со времен Аполлона. Два его сейсмометра будут фиксировать «гул» сейсмических фоновых колебаний от икрометеоритов, падающих на поверхность. Кроме того, они будут фиксировать лунные землетрясения и возвращать данные об их интенсивности и местоположении.
О чем нам говорят лунотрясения?
Землетрясения дают много информации не только о их местоположении и интенсивности. То, как сейсмические волны проходят через структуру Луны, должно дать некоторое представление о плотности ее различных частей. Кроме того, они помогают ученым понять лунное «сжатие».
На Земле сейсмические волны по-разному распространяются через жидкие и твердые слои. На Луне сейсмический эксперимент «Аполлона-11» позволил ученым-планетологам впервые «взглянуть» на недра Луны. Для каждого лунного землетрясения прибор записывал силу, продолжительность и предполагаемое направление события.
Интересно, что этот эксперимент и другие не обнаружили значительной сейсмической активности на обратной стороне Луны. Что-то внутри Луны играет роль в поглощении волн от землетрясений на обратной стороне. Ученые хотят знать, что это за структура и какие свойства предотвращают передачу волн землетрясений. Конечно, на дальней стороне происходит не так много землетрясений. Интересно, что поверхность дальней стороны сильно отличается от поверхности ближней. Связаны ли эти двое? «FSS предложит ответы на вопросы, которые мы задавали о Луне на протяжении десятилетий», — сказал Марк Пэннинг, главный исследователь FSS в JPL и научный сотрудник InSight. «Мы не можем дождаться, чтобы начать получать эти данные обратно».
От марсотрясений к лунотрясениям
В конце 2018 года посадочный модуль Mars InSight сел на поверхность Красной планеты. Его миссией было изучение недр Марса. По сути, он использовал Сейсмический эксперимент по изучению внутренней структуры (SEIS), чтобы измерить пульс планеты и измерить ее внутренние движения. Он измерял силу, продолжительность и направление марсотрясений. Он также обнаружил крошечные мини-землетрясения, вызванные ударами метеоритов. Наряду с набором других инструментов, измеряющих ветер, температуру и изменения магнитного поля, SEIS смогла обнаружить вибрации от ураганов и других атмосферных явлений.
Инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА адаптировали технологию сейсмометров, используемую на InSight, для комплекса FSS. Однако было несколько существенных отличий. Во-первых, лунная гравитация намного меньше марсианской, поэтому им пришлось адаптировать работу сейсмического комплекса, чтобы принять это во внимание. Кроме того, температура на Луне намного ниже, и, конечно же, здесь нет атмосферы, которую можно было бы измерить.
Комплекс FSS включает в себя сверхширокополосный сейсмометр, который настолько чувствителен, что обнаруживает движения грунта размером меньше атома водорода. Другой сейсмометр называется датчиком короткого периода и измеряет движение грунта в трех направлениях с помощью крошечных датчиков, выгравированных на чипах.
Научные цели ФСС
Ожидается, что эта полезная нагрузка, ее источники энергии и терморегулятор будут работать в течение длительного времени, измеряя землетрясения и фоновый «шум» в лунной структуре. Хотя ученые знают достаточно много о внутренней части Луны, чувствительные инструменты ФСС должны помочь им получить более детальное понимание ее структуры. Луна — дифференцированное тело, то есть под ее корой есть слои.
Приборы миссии Аполлон измерили толщину лунной коры, а миссия GRAIL предоставила более подробные данные. Измерения ФСС должны определить мощность следующего слоя — глубокой мантии. Это должно быть основано на записях данных и измерениях глубоких лунных землетрясений. Место посадки FSS в кратере Шрёдингера является отличным местом для измерения землетрясений. Это ударный бассейн, наполненный породой, расплавленной во время удара, произошедшего около 3,8 миллиардов лет назад. Существует множество свидетельств другой вулканической активности в регионе, включая жерла и последующие потоки лавы.
Пакет сейсмометров FSS планируется запустить в 2025 году, а предполагаемая дата приземления — в 2026 году. Это часть инициативы НАСА по работе с компаниями над поставкой пакетов лунной науки и технологий во время миссии «Артемида». Астронавты «Артемиды» развернут сейсмическую сеть, используя возможности распределенного акустического зондирования, для дальнейшей работы по оценке внутренней части Луны.
Для дополнительной информации
НАСА будет измерять лунные землетрясения с помощью миссии InSight Mars
Сейсмический эксперимент Аполлона-11
Посадочный модуль InSight
