Gewone glasvezelkabels, zoals die gebruikt worden voor internetverbindingen op aarde, kunnen in de toekomst ingezet worden om de diepe binnenste structuur van de maan te onderzoeken. Dat blijkt uit twee recente wetenschappelijke publicaties in de vakbladen Earth and Space Science en Icarus, waarin onderzoekers een veelbelovende nieuwe methode presenteren voor seismisch onderzoek op ons natuurlijke satelliet.
Alternatief voor Apollo-seismometers
Tot nu toe was de enige technologie die seismische activiteit op de maan kon detecteren de inmiddels niet meer functionerende Apollo-seismometers. Deze instrumenten, die tussen 1969 en 1976 door astronauten op het maanoppervlak werden geplaatst, universetoday.com, waaronder maanbevingen en meteorietinslagen. Hoewel deze data nog steeds waardevol is voor wetenschappers, biedt het slechts een beperkt inzicht in de interne structuur van de maan.
De nieuwe aanpak maakt gebruik van Distributed Acoustic Sensing (DAS), een technologie die een enkele dunne glasvezelkabel omzet in duizenden sensoren over een afstand van vele kilometers. "Dat maakt het een zeer aantrekkelijke optie voor de maan, waar massa en kosten grote beperkingen zijn en het inzetten van grote aantallen individuele instrumenten moeilijk is," legt Carly Donahue uit, co-auteur van beide studies en fysicus bij het Los Alamos National Laboratory in New Mexico, universetoday.com.
Hoe werkt de technologie?
Bij DAS worden laserpulsen door een glasvezelkabel gestuurd. Minuscule onvolkomenheden in de vezel verstrooien het licht terug naar een instrument dat een 'interrogator' wordt genoemd. Door het terugkerende licht te analyseren, kunnen wetenschappers seismische golven detecteren die door trillingen in de grond worden veroorzaakt. eos.org, aldus de onderzoekers.
Het grote voordeel ten opzichte van traditionele seismologie is de efficiëntie. "Bij traditionele seismologie is elk station een apart instrument met zijn eigen stroom, communicatie en inzetvereisten," verklaart Donahue. "Met DAS kan een enkele vezel duizenden sensoren worden, dus in plaats van een groot netwerk van individuele instrumenten in te zetten, kun je één systeem inzetten dat als array-schaal dekking dient."
Praktische toepassingen op de maan
De onderzoekers stellen dat universetoday.com, terwijl kortere inzetten van honderden meters voldoende zouden zijn voor het karakteriseren van thermische maanbevingen en lokale ondiepe structuren. Een maanrover zou kilometers lichtgewicht glasvezelkabel over het maanoppervlak kunnen uitrollen, waarbij de kabel zou fungeren als duizenden kleine sensoren die trillingen detecteren van maanbevingen, meteorieten en maanlandingen.
Het onderzoek wordt geleid door Johan Robertsson, hoogleraar toegepaste geofysica aan ETH Zürich, in samenwerking met internationale partners waaronder het Los Alamos National Laboratory. sciencedaily.com die zijn gemaakt op basis van data verzameld door de Apollo-seismometers.
Onbeantwoorde vragen over de maan
De Apollo-seismische data liet enkele raadselachtige vragen onbeantwoord. Zo is er het mysterieuze gebrek aan gedetecteerde maanbevingen aan de verre kant van de maan. Ook detecteerden de Apollo-seismometers maanbevingen op een diepte van 700 tot 1100 kilometer onder het oppervlak – een diepte waar op aarde hitte en druk zouden leiden tot plastische vervorming in plaats van het brosse breken van een aardbeving.
ethz.ch. De afwezigheid van atmosferische ruis en de lage temperaturen op het maanoppervlak kunnen de gevoeligheid van de glasvezelsensoren zelfs verbeteren.
Timing met Artemis-missies
De timing van dit onderzoek is relevant gezien NASA's hernieuwde focus op de maan. Met de aanstaande Artemis-missies krijgt maanonderzoek opnieuw momentum. De voorgestelde glasvezeltechnologie zou een kosteneffectief alternatief kunnen bieden voor traditionele seismische arrays, waarbij de massabeperkingen van ruimtemissies een cruciale factor zijn.
De technologie zou niet alleen inzicht kunnen geven in de diepe kernstructuur van de maan, maar ook helpen bij het in kaart brengen van lavabuizen en andere ondiepe structuren die relevant zijn voor toekomstige maanbases. Volgens de onderzoekers kan DAS werken met standaard telecommunicatie-glasvezel, wat de implementatie verder zou kunnen vereenvoudigen.