Луна была геологически активна между 3,7 и 2,5 миллиардами лет назад, переживая землетрясения, извержения вулканов и выделение газа. Поскольку Луна является безвоздушным телом, свидетельства этого прошлого тщательно сохраняются в виде потухших вулканов, лавовых трубок и других объектов. Хотя Луна была геологически инертной в течение миллиардов лет, на ней все еще происходят небольшие сейсмические явления из-за приливных изгибов (из-за гравитационного притяжения Земли) и изменений температуры. Эти последние события происходят регулярно и известны как «лунные землетрясения».
Благодаря миссии «Аполлон» ученые измерили эту активность с помощью сейсмометров, размещенных на поверхности. В недавнем исследовании, финансируемом НАСА, группа исследователей из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) повторно исследовала сейсмические данные с помощью модели машинного обучения. Это показало, что лунные землетрясения происходят с точной регулярностью, совпадая с восходом Солнца в свое пиковое положение на небе, а затем медленно заходом. В этом отношении лунные землетрясения подобны «Лунному будильнику», который может пригодиться будущим миссиям и лунным поселенцам!
Исследование, финансируемое НАСА, возглавил Франческо Цивилини, выпускник Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт), который сейчас работает в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА. К нему присоединились Рене Вебер, планетолог из Центра космических полетов Маршалла, и Аллен Хаскер, профессор геофизических исследований из отдела геологических и планетарных наук Калифорнийского технологического института. Статья, описывающая их выводы, «Характеристика и каталогизация тепловых лунных землетрясений с использованием частотных алгоритмов и стохастического градиентного спуска», появилась 5 сентября в журнале Журнал геофизических исследований — Планеты.
В отличие от приливных колебаний недр Луны, лунные землетрясения возникают в результате изменений температуры в лунной коре (термические землетрясения). Безвоздушная среда на Луне, по сути, означает, что тепло Солнца не сохраняется, а солнечный свет не приводит к постепенному нагреванию поверхности. В результате земная кора нагревается до температуры до 120 °C (250 °F) в разгар дня и падает до минимума -133 °C (-208 °F) ночью. Это заставляет кору быстро расширяться и сжиматься, вызывая небольшие сейсмические события. В 1972 году астронавты миссии «Аполлон-17» разместили на Луне сейсмометры для измерения этой активности.
Датчики собирали данные в течение восьми месяцев (с октября 1976 года по май 1977 года), которые до недавнего времени оставались практически нетронутыми. Для своих целей Цивилини и его команда повторно проанализировали лунные сейсмические данные с помощью модели машинного обучения. Их анализ показал, что тепловые землетрясения происходят с точной регулярностью каждый день, когда Солнце покидает свое пиковое положение на небе и поверхность начинает быстро остывать. Однако модель также обнаружила сейсмические сигнатуры утром, которые отличались от вечерних землетрясений.
Исследователи смогли триангулировать источник активности и обнаружили, что утренние толчки исходили в нескольких сотнях метров от сейсмометров – от самого лунного корабля «Аполлон-17»! Каждое утро, когда солнечный свет достигал автомобиля, его поверхность расширялась, вызывая вибрации земли, которые регистрировались сейсмической антенной. «Каждое лунное утро, когда Солнце сталкивается с посадочным модулем, он начинает отрываться», — объяснил Хаскер в пресс-релизе Калифорнийского технологического института. «Каждые пять-шесть минут — еще один, в течение пяти-семи земных часов. Они были невероятно регулярными и повторяющимися».
Эти данные могут иметь важное значение для будущих миссий на Луну, включая программу НАСА «Артемида». Хотя тепловые землетрясения слишком малы, чтобы их мог ощутить кто-либо на поверхности Луны, эти результаты предоставляют жизненно важные данные, которые могут помочь в разработке будущих посадочных модулей и оборудования. Это также могло бы стать основой для структуры будущих баз, таких как базовый лагерь Артемиды, Международная лунная исследовательская станция (ILRS) и предложенная ЕКА Лунная деревня, где вместо сплавов будут использоваться композитные материалы, чтобы избежать локальных землетрясений.
Кроме того, сейсмическая активность — хороший способ исследования недр небесных тел, который можно использовать для определения внутренней структуры небесных тел и обнаружения материалов (например, водяного льда) под землей. Сказал Хаскер:
«Мы надеемся, что сможем составить карту подземных кратеров и искать месторождения. В кратерах на Южном полюсе Луны также есть определенные области, которые никогда не видят солнечного света; они постоянно находятся в тени. Если бы мы могли разместить там несколько сейсмометров, мы могли бы искать водяной лед, который может застрять в недрах; сейсмические волны движутся медленнее в воде».
И хотя на Луне нет тектоники плит или вулканической активности, у исследователей все еще остается много вопросов о внутреннем строении Луны. «Важно знать как можно больше из существующих данных, чтобы мы могли разрабатывать эксперименты и миссии, чтобы ответить на правильные вопросы», — добавил Хаскер. «Луна — единственное планетарное тело, кроме Земли, на котором одновременно было установлено более одного сейсмометра. Это дает нам единственную возможность досконально изучить другое тело».
Дальнейшее чтение: Калтех
