Лазер вместо сейсмометра: как будут измерять лунотрясения

Луна, в отличие от Земли, не бурлит изнутри. Её сотрясают иные силы: резкий перепад температур между днём и ночью, гравитационное притяжение Земли, медленное сжатие остывающего небесного тела. Чтобы построить там базу или просто надёжно высадиться, нужно точно знать, где и как дрожит лунный грунт. Старые методы тут слабоваты.

И вот новое исследование предлагает элегантное решение — технологию распределённого акустического зондирования (DAS). Она способна уловить малейшие колебания с невероятной точностью. Статья об этом вышла в авторитетном журнале Earth and Planetary Science Letters.

Лазер, свет и стеклянная нить: как работает «умный» кабель

Профессор Чжунвэнь Чжан почти десять лет оттачивал систему DAS. Суть проста и гениальна: по оптоволоконному кабелю пускают лазерный импульс. Когда почва дрожит, кабель вибрирует — и это меняет характер отражённого света. Каждый метр кабеля становится самостоятельным датчиком. Цифры впечатляют: стометровый отрезок заменяет 10 000 отдельных сейсмометров! Почувствуйте разницу.

А на Луне сегодня — тишина. Вернее, несколько старых датчиков, разбросанных далеко друг от друга. Их сигналы полны «шума»: сейсмические волны рассеиваются в рыхлом лунном грунте, словно звук в вате. Сплошные помехи. Сплошное упущение. Оптоволоконный кабель, протянутый по поверхности, мог бы «очистить» этот сигнал, дать чёткую картину.

Но как проверить технологию в условиях, похожих на лунные? Учёные отправились в Антарктиду. Холодная, сухая, безлюдная пустыня у Южного полюса — идеальный земной аналог. И там DAS блестяще справился: уловил даже тихий треск и движение льда. Если чувствует такое — и с лунотрясениями справится.

«У оптоволокна есть ещё один козырь, — отмечает профессор Чжай. — Оно выносливо. Ему не страшны лунные экстремумы: радиация, дикие перепады температуры, едкая пыль».

Осталось решить задачу с энергопотреблением и понять, какое самое слабое колебание сможет уловить этот необычный «слухач». Но направление мысли ясно: будущее — за тонкими технологиями.

Так как же это устроено? Взгляд внутрь волокна

Чтобы превратить кабель в сейсмограф, на его конце размещают лазер. Свет бежит по стеклянным нитям. Идеального стекла не бывает — в нём всегда есть микроскопические дефекты. Они отражают крохи света назад, к источнику. Каждый такой дефект становится контрольной точкой, за которой следят.

Когда сейсмическая волна проходит, кабель едва заметно дёргается. Это меняет время, за которое свет долетает до дефекта и возвращается. Тысячи точек вдоль всего кабеля — это и есть тысячи виртуальных датчиков, создающих детальную картину колебаний.

И ведь это работает не только на Луне! Представьте, какие возможности открываются на Земле, где оптоволоконные сети опутали уже всё, включая океанское дно. Мы могли бы «прослушивать» планету в реальном времени, используя уже существующую инфраструктуру. Гениально же?