气球还能测金星地震吗?——要用天上的仪器对付天上的地震

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  今年年中NASA一口气通过了两项金星任务,分别是达芬奇+计划(DAVINCI+)和维塔斯计划(VERITAS),又将这颗地球的姊妹星重新拉回我们的视野。

  NASA通过了两项金星探测任务

  最近NASA科学家利用气球探测到了地震余震事件,这项技术未来也将用于探测金星地震。不过很多小伙伴肯定好奇,地震一般都是通过地震仪来监测的,怎么还跑到天上去了?下面小编就带大家了解下这个“不靠谱”的方法。

  PART 01

  为什么在金星上要用气球

  地面上好好的地震仪不用干嘛要用气球呢,谈到这个问题就需要我们好好了解下金星的概况。

  1。金星基本概况介绍

  在太阳系的八大行星中,金星是从太阳向外的第二颗行星,古希腊人将她命名为阿佛洛狄忒,作为希腊神话中爱与美的女神,罗马人将它称为维纳斯(Venus)

  太阳系行星

  金星的半径为6070公里,而地球的半径6371公里,所以金星与地球在大小上差别不大,体积大约是地球的88%,质量约是地球的80%左右,因此我们也经常把金星称为是地球的姊妹或孪生兄弟,这对金星的探测具有重要意义。

  金星、地球、火星大小对比

  2。金星和地球相似却又不相似

  尽管金星与地球有很多相似之处,但两者还是存在着巨大的差别。金星基本没有磁场,众所周知,如果一个行星上没有磁场,那么它的大气层也很难存在,但金星却是一个例外,星表面有一层厚厚的大气层,更恐怖的是大气层的主要成分是二氧化碳和二氧化硫。

  金星大气组成

  金星大气中接近百分之九十七都是二氧化碳,靠近表面的二氧化碳含量甚至可以达到百分之九十九。含量如此高的二氧化碳就像一张大棉被罩在了金星表面,太阳光照射在金星表面所产生的温度无法散发,而温度越聚越高,在这种超级“温室效应”的影响下,金星的表面温度能达到460℃以上,足以融化铅。

  星地表艺术图

  金星这层很厚的酸雨层使人类很难通过轨道探测器去清晰地看到金星地表的一切。但如果想要真正地解开金星的秘密,单单只是依靠轨道探测器是不行的,还需要把探测器登陆到金星的地表。

  金星被厚厚的大气包裹着

  然而,由于金星的环境实在是太过于恶劣,不仅温度极高,还存在大量的硫酸雨,所以对于探测器的材料有很高的要求。不然的话,一辆探测器才刚登陆不久,就已经彻底损坏了。

  3。深空探测滑铁卢

  前苏联在金星探测初期雄心勃勃,从20世纪50年代末太空时代的黎明开始,苏联就致力于设计建造一系列的金星探测器。在将近30年的时间里,苏联本着不放弃不抛弃的原则,发射了30多颗金星探测器,其中有10次成功着陆金星表面。然而也是这些近距离观测让我们了解到金星环境的恶劣。高温高压,绸密有毒的酸性大气,不仅不可能孕育任何生命,也很难让探测器安全探测。

  1982年3月1日,苏联的Venera13号着陆金星并拍摄了黑白和合成彩色照片。这颗探测器在金星表面上停留127分钟,最后还是屈服于金星的恶劣环境。但这个时间对于地震探测是远远不够的。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。

  轨道着陆器也不再是我们了解金星的唯一手段。金星大气浓厚,但地表情况恶劣。在这种情况下,我们选择气球的理由更加充足。气球可以让传感器处在一个比地面温和的环境中,存活时间更长,可以研究一些有意义的工作。比如,地震

  机器人气球

  4。为什么要在金星探测地震

  我们知道如果想要研究一个行星的演化过程,那么就要研究行星的内部构造。最好的一种方法就是研究地震波。在地球上,不同的圈层以不同的方式折射这些地震波。地震学家通过地震或者爆炸产生的波形和波速来确定地下圈层的特征,甚至可以找油找矿。这些测量也还可以用于分析火山和构造活动。

  地震波速度与地球内部构造

  在地球上我们可以通过数以万计的地震仪来研究我们生存和居住的这片土地,但在金星上却没有这种奢侈的条件。在金星研究地震活动可以增强我们对金星的理解,但金星极端的环境又要求我们需要不同的、高性价比的技术。

  PART 02

  如何用气球监测地震

  1。用气球探测地震的纽带——次声波

  气球乍看上去,似乎与地震扯不上关系。但事实上,它可以观测地震和其他地质现象产生的低频次声波。

  首先讲讲什么是次声波,一般来说频率低于20 Hz、不可被人耳听到的声波叫做次声波。

  次声波范围

  次声波主要来源于大自然,许多地球物理现象以及天文现象都是次声波源,如地震、火山爆发、海啸、流星雨、陨石坠落、极光、日食、核爆炸及偶发的大型化学爆炸等,都曾记录到相伴随的次声波。次声波的频率低、波长长,容易与建筑物、人体等产生共振,还能轻易绕过障碍物,可谓是“无孔不入”。震中的人们在地震爆发时刻能够听到地底下隆隆的轰鸣声,震耳欲聋,像千军万马在怒吼,而夹杂其中的强次声波会使人头晕、恶心、心慌,失去逃跑能力。

  布置气球

  地震通常会产生频率低于5赫兹次声波,由于地震波传播衰减小,次声波传感器能够在数千公里以外探测到来自震中的地震次声波信号。气球载次声探测器随风飘浮,因此几乎不受风声干扰。除此之外,它们能够探测的距离比地面仪器更远,还能够探索海洋等新环境。由于大气折射效应将低频声音向上聚焦,它们对次声波的探测效果也更好。

  而且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。

  2。尽管如此,气球探测地震还是困难重重

  ‘气球的轨迹不确定’:与热气球类似,这些气球飞行是因为气球内部较热的空气比周围较冷的空气轻。为了加热气球内的空气,深色材料从太阳吸收热量,而不是像传统的热气球那样使用燃烧器。随着太阳的落山,气球的温度下降,导致气球下降。在地球上我们用GPS定位系统跟踪和定位气球。然而,部署气球可能很困难,我们必须确保起飞方向朝着预期的方向飞,并且需要对气球的飞行轨迹模拟非常准确。

  ‘怎么把地震和噪声区分开’:背景噪音可以由各种来源产生,包括产生次声波的源或者气球本身的振荡。例如,当气球漂浮时,它会产生一个涡流,类似于飞行飞机产生的涡旋。这些涡流可以改变周围的气压,并产生与地震产生的压力波相同的频率范围。

  不过经过科学家的不断尝试,这个想法已经在监测余震中实现了,感兴趣的小伙伴可以看参考文献[1],希望可以早日在金星上实践!

  图片来源于相关网络

  参考文献

  [1]Brissaud Q , Krishnamoorthy S , Jackson J M , et al。 The first detection of an earthquake from a balloon using its acoustic signature[J]。 Geophysical Research Letters。

  [2]科普中国,金星表面那么热:很难碰触的星球

  [3]https : // solarsystem 。 nasa 。 gov /planets/venus/

  [4]http : // www 。 ioa 。 ac 。 cn / kxcb/kpgz/201805/t20180511_5010460.html

  来源:中科院地质地球所

  原标题:气球还能测金星地震吗?


新闻来源:新浪