光纤电缆能否帮助科学家探测月球深层

越来越多的学家正在使用光纤电缆来探测地球上的波，但这项技术在月球上的表现如何，它会告诉我们关于太空中最近邻居的深层信息吗?

在《研究快报》中，伍兹霍尔海洋研究所的吴文波及其同事探讨了在月球上部署光纤网络的想法，并讨论了需要克服的一些挑战。

他们还使用阿波罗任务放置在月球表面的仪收集的数据创建的人工图来测试这个假设的网络。根据他们的研究结果，吴和同事表示，光纤网络可以识别波的类型，从而提供有关月球深层核心结构的更多信息。

1969年至1976年间，阿波罗任务在月球上放置的四个仪在七年内探测到了月球近侧数千次事件。这些事件包括浅层和深层月震以及陨石撞击。

然而，阿波罗数据带来了一些悬而未决的问题：如何解释在月球背面检测到的神秘的月震缺失?为什么阿波罗仪检测到发生在地表以下700至1,100公里处的月震，而在地球的这个深度，热量和压力会导致塑性变形而不是的脆性破坏?

研究人员表示，回答这些问题将需要在恶劣的环境中部署更多的仪来收集更多的事件，而光纤网络非常适合这项任务。

Wu和同事建议在新月网络中使用分布式声学传感(DAS)。DAS使用长光纤中的微小内部缺陷作为传感器。位于光纤一端的一种称为询问器的仪器沿着电缆发送激光脉冲，激光脉冲被光纤缺陷反射并反射回仪器。当光纤受到活动干扰时，研究人员可以检查反射脉冲的变化，以了解有关由此产生的波的更多信息。

“这是一个非常密集的阵列，”吴说。“一根电缆可以为您提供数千个单独的传感器。”

月球学面临的最大挑战之一是覆盖月球表面的多孔且破碎的碎石层，称为风化层。月震后首次检测到的一些波被这一层散射，这种散射掩盖了后来到达的波，而这些波可以提供有关月球深度的更多信息。

Wu及其同事证明，DAS阵列中数千个传感器收集的数据可以通过称为阵列堆叠的信号处理技术进行比较。吴解释说，这项技术有助于分离“隐藏在散射波中的深层信号”和其他外部噪声源。

当研究小组在人工图上使用该技术时，他们能够检索到称为ScS的波相位，它是一种剪切波或S波，在反射到地表之前从源向月球核心传播。

吴说，在月球上部署实际的光纤阵列之前进行此类实验非常重要。“在发射之前，必须对波传播进行可靠的数值模拟，”他说。“我们做了功课，看看我们是否可以获得数据，以及我们可以利用这些数据做哪些事情。”

吴指出，如果研究人员能够找到为月球光纤网络提供电力和修复的方法，该阵列可以运行多年。“在地球上，如果电力充足，我们可以让它运行几十年。”

在论文中，研究人员建议将DAS与其他拟议的月球计划结合起来，例如在月球背面放置一台射电望远镜，该望远镜已经需要光纤电缆连接到天线。

“如果我们能够将这些项目结合在一起以节省成本，那么这确实会增加实现这一目标并产生最大科学影响的机会，”吴说。

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