Πως να προβλέψεις ένα σεληνιακό σεισμό;
Τα δείγματα του Apollo της NASA και το LRO βοηθούν τους επιστήμονες να προβλέψουν τους σεληνιακούς σεισμούς.
Σε αντίθεση με τους σεισμούς στον πλανήτη μας, ένας σεισμός της Σελήνης μπορεί να διαρκέσει για ώρες ολόκληρες. Χρησιμοποιώντας δείγματα από το Apollo 17 και δεδομένα από το Lunar Reconnaissance Orbiter, οι επιστήμονες μελετούν τα μοτίβα των σεισμών σελήνης και βοηθούν στην ασφάλεια των μελλοντικών σεληνιακών εξερευνητών:
Μια εικόνα σε κλίμακα του γκρι δείχνει μια ανώμαλη επιφάνεια με διάφορες υφές, όπως λείες περιοχές, κορυφογραμμές και κοιλότητες. Η επιφάνεια διαθέτει αρκετές μικρές, στρογγυλές εσοχές, καθώς και μεγαλύτερες, ακανόνιστου σχήματος αναχώματα και κοιλάδες. Μια λεπτή, ελικοειδής γραμμή διασχίζει διαγώνια την εικόνα, θυμίζοντας μια ρωγμή ή κανάλι. Ένα μικρό λευκό "x" σηματοδοτεί το κέντρο της εικόνας. Μια γραμμή κλίμακας στην κάτω δεξιά γωνία υποδεικνύει 2 χλμ.
Αυτό το μωσαϊκό της κοιλάδας Taurus-Littrow δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας εικόνες από τις κάμερες στενής γωνίας του Lunar Reconnaissance Orbiter της NASA. Το τροχιακό σκάφος κάνει κύκλους και μελετά τη Σελήνη από το 2009. Η αρχαία κοιλάδα, γεμάτη λάβα, κόβεται από το ρήγμα ώθησης Lee-Lincoln, ορατό ως μια ελικοειδής, λευκή γραμμή που εκτείνεται από τη Νότια Οροσειρά (βουνό στην κάτω αριστερή γωνία) έως τη Βόρεια Οροσειρά (βουνό στο επάνω κέντρο), όπου το ρήγμα αλλάζει απότομα κατεύθυνση και κόβει κατά μήκος της πλαγιάς του Βόρειου Οροσειράς. Το ρήγμα Lee-Lincoln υπήρξε η πηγή πολλαπλών ισχυρών σεισμών που προκάλεσαν κατολισθήσεις και πτώσεις ογκόλιθων τόσο στους Βόρειους όσο και στους Νότιους ορεινούς όγκους. Η κατά προσέγγιση τοποθεσία του σημείου προσγείωσης του Apollo 17 υποδεικνύεται στα δεξιά του ρήγματος με ένα λευκό "x". Από NASA/ASU/Smithsonian.
Καθώς η NASA ετοιμάζεται να στείλει αστροναύτες στην επιφάνεια της νότιας πολικής περιοχής της Σελήνης για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια της αποστολής Artemis III, οι επιστήμονες εργάζονται πάνω σε μεθόδους για να προσδιορίσουν τη συχνότητα των σεισμών κατά μήκος των ενεργών ρηγμάτων εκεί.
Τα ρήγματα είναι ρωγμές στον φλοιό της Σελήνης που υποδεικνύουν ότι η Σελήνη συρρικνώνεται αργά καθώς το εσωτερικό της ψύχεται με την πάροδο του χρόνου. Η συστολή από τη συρρίκνωση προκαλεί την ξαφνική μετακίνηση των ρηγμάτων, η οποία προκαλεί σεισμούς. Μεταξύ 1969 και 1977, ένα δίκτυο σεισμομέτρων που αναπτύχθηκαν από αστροναύτες του Απόλλωνα στην επιφάνεια της Σελήνης κατέγραψε χιλιάδες δονήσεις από σεισμούς.
Οι σεισμοί της Σελήνης είναι σπάνιοι, με τους πιο ισχυρούς, μεγέθους περίπου 5,0 Ρίχτερ, να συμβαίνουν κοντά στην επιφάνεια. Αυτού του είδους οι σεισμοί είναι πολύ ασθενέστεροι από τους ισχυρούς σεισμούς στη Γη (μέγεθος 7,0 ή μεγαλύτερο), θέτοντας μικρό κίνδυνο για τους αστροναύτες κατά τη διάρκεια μιας αποστολής που διαρκεί μόλις λίγες ημέρες. Αλλά οι επιπτώσεις τους στα μακροπρόθεσμα περιουσιακά στοιχεία της σεληνιακής επιφάνειας θα μπορούσαν να είναι σημαντικές. Σε αντίθεση με έναν σεισμό που διαρκεί από δεκάδες δευτερόλεπτα έως λεπτά, ένας σεισμός της Σελήνης μπορεί να διαρκέσει για ώρες, αρκετό χρόνο για να προκαλέσει ζημιές ή να ανατρέψει κατασκευές, να αποσταθεροποιήσει οχήματα εκτόξευσης στην επιφάνεια ή να διακόψει τις επιφανειακές λειτουργίες.
«Η πιθανότητα κινδύνου αυξάνεται σημαντικά ανάλογα με το πόσο κοντά βρίσκεται η υποδομή σας σε ένα ενεργό ρήγμα», δήλωσε ο Thomas Watters, ομότιμος ανώτερος επιστήμονας στο Εθνικό Μουσείο Αεροπορίας και Διαστήματος του Smithsonian στην Ουάσινγκτον.
Ο Watters είναι μακροχρόνιος ερευνητής της σεληνιακής γεωλογίας και συν-ερευνητής στην κάμερα LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) της NASA. Πρόσφατα, αυτός και ο Nicholas Schmerr, πλανητικός σεισμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ στο College Park, ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για την εκτίμηση του μεγέθους των σεισμικών δονήσεων αναλύοντας στοιχεία για αποκολλημένους ογκόλιθους και κατολισθήσεις σε μια περιοχή, όπως ανέφεραν οι επιστήμονες στις 30 Ιουλίου στο περιοδικό Science Advances . Μελέτες σαν αυτές μπορούν να βοηθήσουν τη NASA να σχεδιάσει πόρους στην σεληνιακή επιφάνεια σε ασφαλέστερες τοποθεσίες.
Σε αντίθεση με έναν σεισμό που διαρκεί από δεκάδες δευτερόλεπτα έως λεπτά, ένας σεισμός της Σελήνης μπορεί να διαρκέσει για ώρες, αρκετό χρόνο για να προκαλέσει ζημιές ή να ανατρέψει κατασκευές, να αποσταθεροποιήσει οχήματα εκτόξευσης στην επιφάνεια ή να διακόψει τις επιφανειακές λειτουργίες.
Υπάρχουν χιλιάδες ρήγματα σε όλη τη Σελήνη που μπορεί να είναι ακόμα ενεργά και να προκαλούν σεισμούς. Ο Watters και η ομάδα του έχουν εντοπίσει αυτά τα ρήγματα αναλύοντας δεδομένα από το LRO, το οποίο περιβάλλει τη Σελήνη από το 2009, χαρτογραφώντας την επιφάνεια και λαμβάνοντας φωτογραφίες, παρέχοντας πρωτοφανείς λεπτομέρειες για χαρακτηριστικά όπως ρήγματα, ογκόλιθους και κατολισθήσεις.
Για αυτήν τη μελέτη, οι Watters και Schmerr επέλεξαν να αναλύσουν τις επιφανειακές αλλαγές από τους σεισμούς που προκλήθηκαν από το ρήγμα Lee-Lincoln στην κοιλάδα Taurus-Littrow. Οι αστροναύτες του Apollo 17 της NASA, οι οποίοι προσγειώθηκαν περίπου 4 μίλια δυτικά του ρήγματος στις 11 Δεκεμβρίου 1972, εξερεύνησαν την περιοχή γύρω από το ρήγμα κατά τη διάρκεια της αποστολής τους.
Μελετώντας τις πτώσεις ογκόλιθων και μια κατολίσθηση που πιθανότατα εκτοπίστηκε από την εδαφική δόνηση κοντά στο Lee Lincoln, οι Watters και Schmerr εκτίμησαν ότι ένας σεληνιακός σεισμός μεγέθους 3,0 Ρίχτερ - παρόμοιος με έναν σχετικά μικρό σεισμό - συμβαίνει κατά μήκος του ρήγματος Lee Lincoln περίπου κάθε 5,6 εκατομμύρια χρόνια.
«Ένα από τα πράγματα που μαθαίνουμε από το ρήγμα Lee-Lincoln είναι ότι πολλά παρόμοια ρήγματα πιθανότατα έχουν υποστεί πολλαπλούς σεισμούς που έχουν εξαπλωθεί σε εκατομμύρια χρόνια», δήλωσε ο Schmerr. «Αυτό σημαίνει ότι ενδεχομένως να είναι ακόμα ενεργά σήμερα και μπορεί να συνεχίσουν να προκαλούν περισσότερους σεληνιακούς σεισμούς στο μέλλον».
Οι συγγραφείς επέλεξαν να μελετήσουν το ρήγμα Lee-Lincoln επειδή προσέφερε ένα μοναδικό πλεονέκτημα: Οι αστροναύτες του Apollo 17 έφεραν πίσω δείγματα ογκόλιθων από την περιοχή. Μελετώντας αυτά τα δείγματα σε εργαστήρια, οι επιστήμονες μπόρεσαν να μετρήσουν τις αλλαγές στη χημεία των ογκόλιθων που προκαλούνται από την έκθεση στην κοσμική ακτινοβολία με την πάροδο του χρόνου (η επιφάνεια του ογκόλιθου εκτίθεται πρόσφατα μετά το σπάσιμο ενός μεγαλύτερου βράχου που διαφορετικά θα την είχε προστατεύσει).
Αυτές οι πληροφορίες σχετικά με την έκθεση σε κοσμική ακτινοβολία βοήθησαν τους ερευνητές να προσδιορίσουν για πόσο καιρό οι ογκόλιθοι παρέμεναν στις τρέχουσες θέσεις τους, γεγονός που με τη σειρά του βοήθησε στην εκτίμηση του πιθανού χρονισμού και της συχνότητας των σεισμών κατά μήκος του ρήγματος Lee-Lincoln.
Ένα άτομο που φοράει μια ογκώδη, λευκή διαστημική στολή είναι εν μέρει ορατό στην αριστερή πλευρά της εικόνας, να εκτείνει το χέρι του φορώντας γάντι προς έναν μεγάλο, τραχύ, γκρι βράχο. Ο βράχος έχει μια σκονισμένη, ανώμαλη επιφάνεια με ρωγμές και σχισμές. Το άτομο και ο βράχος φωτίζονται, ενώ το φόντο είναι ως επί το πλείστον μαύρο. Η σκιά του ατόμου δημιουργεί ένα μαύρο σχήμα πάνω στον βράχο, τονίζοντας τα περιγράμματα τόσο του βράχου όσο και του ατόμου.
Αυτή η εικόνα του 1972 δείχνει τον αστροναύτη του Apollo 17, Harrison H. Schmitt, να λαμβάνει δείγμα από έναν βράχο στη βάση της Βόρειας Οροσειράς στην κοιλάδα Taurus-Littrow στη Σελήνη. Αυτός ο μεγάλος βράχος πιστεύεται ότι έχει μετακινηθεί από έναν ισχυρό σεληνιακό σεισμό που σημειώθηκε πριν από περίπου 28,5 εκατομμύρια χρόνια. Η πηγή του σεισμού ήταν πιθανότατα ένα σεισμικό συμβάν κατά μήκος του ρήγματος Lee-Lincoln. Η φωτογραφία τραβήχτηκε από τον αστροναύτη Eugene A. Cernan, διοικητή του Apollo 17.
Οι αστροναύτες του Απόλλωνα 17 διερεύνησαν τους ογκόλιθους στους πρόποδες δύο βουνών στην κοιλάδα. Τα ίχνη που άφησαν πίσω τους υποδήλωναν ότι οι ογκόλιθοι μπορεί να κύλησαν προς τα κάτω αφού αποκολλήθηκαν κατά τη διάρκεια ενός σεληνιακού σεισμού στο ρήγμα. Χρησιμοποιώντας το μέγεθος κάθε ογκόλιθου, οι Watters και Schmerr εκτίμησαν πόσο ισχυρή θα ήταν η δόνηση του εδάφους και το μέγεθος του σεισμού που θα προκαλούσε την αποκόλληση των ογκόλιθων.
Η ομάδα εκτίμησε επίσης τη σεισμική δόνηση και το μέγεθος του σεισμού που θα χρειάζονταν για να πυροδοτήσουν τη μεγάλη κατολίσθηση που έστειλε υλικό σε όλο τον πυθμένα της κοιλάδας, υποδηλώνοντας ότι αυτό το περιστατικό προκάλεσε τη ρήξη που σχημάτισε το ρήγμα Lee-Lincoln.
Μια προσομοίωση υπολογιστή που απεικονίζει τα σεισμικά κύματα που προέρχονται από έναν ρηχό σεισμό στο ρήγμα Lee-Lincoln στην κοιλάδα Taurus-Littrow στη Σελήνη. Η ετικέτα «A17» σηματοδοτεί το σημείο προσγείωσης του Apollo 17. Ο ήχος αντιπροσωπεύει έναν σεισμό που καταγράφηκε από ένα σεισμόμετρο που τοποθετήθηκε στην επιφάνεια από αστροναύτες. Το σεισμικό σήμα μετατρέπεται σε ήχο. Τόσο ο ήχος όσο και το βίντεο επιταχύνονται για να αναπαράγονται 10 φορές πιο γρήγορα από το κανονικό. Η εικόνα φόντου είναι μια μωσαϊκή εικόνα υδρόγειου σφαίρας από την ευρυγώνια κάμερα του Lunar Reconnaissance Orbiter της NASA. Το κόκκινο και το μπλε είναι οι θετικές (ανοδική κίνηση του εδάφους) και οι αρνητικές (καθοδική κίνηση του εδάφους) πολικότητες του κύματος.
Λαμβάνοντας υπόψη όλους αυτούς τους παράγοντες, οι Watters και Schmerr εκτίμησαν ότι οι πιθανότητες ένας σεισμός να είχε συγκλόνισει την κοιλάδα Taurus-Littrow οποιαδήποτε δεδομένη ημέρα, ενώ οι αστροναύτες του Apollo 17 βρίσκονταν εκεί, είναι 1 στα 20 εκατομμύρια, σημείωσαν οι συγγραφείς.
Τα ευρήματά τους από το ρήγμα Lee-Lincoln είναι μόνο η αρχή. Οι Watters και Schmerr σχεδιάζουν τώρα να χρησιμοποιήσουν τη νέα τους τεχνική για να αναλύσουν τη συχνότητα των σεισμών σε ρήγματα στη νότια πολική περιοχή της Σελήνης, όπου η NASA σχεδιάζει να εξερευνήσει.
Η NASA σχεδιάζει επίσης να στείλει περισσότερα σεισμόμετρα στη Σελήνη. Πρώτον, η Σεισμική Σουίτα Farside θα μεταφέρει δύο ευαίσθητα σεισμόμετρα στη λεκάνη Schrödinger στην απέναντι πλευρά της Σελήνης, με ένα σεληνιακό όχημα προσεδάφισης, στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας CLPS (Commercial Lunar Payload Services) της NASA. Επιπλέον, η NASA αναπτύσσει ένα ωφέλιμο φορτίο, που ονομάζεται Σταθμός Παρακολούθησης Σεληνιακού Περιβάλλοντος , για πιθανή πτήση στην αποστολή Artemis III της NASA στην περιοχή του Νότιου Πόλου. Υπό την ηγεσία του Schmerr, το ωφέλιμο φορτίο θα αξιολογήσει τους σεισμικούς κινδύνους για μελλοντικές ανθρώπινες και ρομποτικές αποστολές στην περιοχή.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη ΝΑΣΑ
https://science.nasa.gov/solar-system/nasas-apollo-samples-lro-help-scientists-predict-moonquakes/?utm_source=TWITTER&utm_medium=NASA&utm_campaign=NASASocial&linkId=852755919