两个气球均在离地面几百米的高空飘浮,通过声波来探测金星的地震活动

据物理学家组织网23日报道,美国喷气推进实验室研究员吉姆·卡茨在年会上指出,在金星表面上空约50公里至60公里范围内,温度和压力的条件下更类似于地球上的状况,尽管大气比较密集。而这种稠密的大气层有助于将任何地震波转为次声波,它是可以用漂浮在金星上空的仪器检测到的。次声波既可以“感觉”到压力波动、或被称为气辉的光排放、或金星上层大气中的电子干扰。

气球之所以能从这么高的地方探测地震,是因为金星的大气层比地球厚很多:声波能更好、更容易地从地面传输到空气中。基于初步估测,研究人员认为,气球能探测到金星上小至2级的地震。

从金星发出的低频或次声声波,比在地球上测量的音响低沉得多,特别是那些来源于地球上不同火山、地震、海洋风暴和流星空中爆炸发出的“隆隆”或“哼哼”声。近年来,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员史蒂芬·阿罗史密斯,持续对地下新近产生的低频次声进行观测,特别采取了一种相对廉价的方法来监测大气层的核武器试验。而去年,一个由加州理工学院凯克太空研究所召集的专家团队开始思考利用次声观测作为更好检测金星地质动力的方法。

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研究人员说,如果这样的技术能帮助科学家更好地了解金星上的地震活动,就能更好地揭示这颗星球的内部历史和现状。将金星的内部演化与地球作比较是特别有趣的,会发现更多关于行星形成的多样性信息,以及为什么在地球上的某些特征,如表面的构造板块和核心充满能量的机制,却不存在于金星上的原因。

图片来源:Adam Mann

史密斯及其研究团队说,在金星表面以上55公里的云层用一系列的气球可以探测到气压的变化,如采用上世纪80年代由前苏联发射到金星大气层的气球。研究人员探讨再利用轨道卫星探测气辉作为补充的方法来分析这颗星球的次声波。这两种情况下,研究人员的首要目标是确定声噪到地震信号的比值是多少;还想知道在气球或卫星上的在线仪器板是否足够敏感,能够在中间其他的次声波中探测和识别到地震信号,以及通过这种观测可以检测到几级地震。

类似装置或许有一天能在金星大气中高高飘浮。在金星表面,状况非常恶劣:温度高到足以将铅熔化,同时压力大到足以摧毁潜艇。对于任何着陆器来说,都难以幸存足够长的时间来探测地震。不过,在距地面50千米的空中,温度和压力非常温和,适合气球长时间工作。1985年,苏联在这层大气中放飞了两个气球。它们在此成功地“存活”了两天半,并且直到电池耗尽,才停止记录数据。

探测金星上的“地震”似乎是一项不可能完成的任务。由于这颗星球表面具有不利的压溃压力和约874华氏度灼热的高温,足以将铅融化,毁坏任何在其上用于测量地震活动的常用工具。然而,金星的大气条件非常友好,由此,美国加州理工学院凯克太空研究所的研究人员提出在金星部署一定数量的气球或卫星,通过声波来探测金星的地震活动。相关研究结果在23日召开的美国地震学会年会上予以公布。

在12月19日的测试中,美国能源署研究人员在约300米深的地面启动了一场50吨的化学爆炸,以产生3~4级地震。研究人员还在该区域上空放飞两个充满氦气的气球,其中一个被拴住,另一个自由飘浮。不过,两个气球均在离地面几百米的高空飘浮。它们携带着气压计,来测量大气压的变化并且探测地震次声波。

近日,在美国内华达州帕朗附近的寂静沙漠中,研究人员启动了一场人工地震。它引发了地面和空气震动,虽然后者表现得没有那么明显。这使美国宇航局科学家得以聆听在头顶飘浮的气球产生的振荡。如果该技术可被转移到金星上,科学家或能首次探测那里的地震。这将为了解地球姊妹行星的内部构造及其为何进化和同地球如此不同提供重要线索。

“我们从未在金星上进行直接的地震测量。”NASA喷气推进实验室试验团队成员Siddharth
Krishnamoorthy表示,“从破解关于这颗行星的一些重要问题的角度来说,气球能提供很多东西。”

Krishnamoorthy表示,他和同事目前正试图在更远距离内探测更强震源,以便更好地将地震特征同环境噪声区分开。该团队下一步计划在俄克拉何马州放飞气球。近年来,那里发生了上百次由石油和天然气活动引起的地震。这或许能使该团队探测到来自更深地下的震动。

相关论文信息:DOI:10.1126/science.aaw4501

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