专家盘点三年地震测量

对于 Domenico Giardini 来说,探索火星内部结构的洞察任务是他职业生涯中最激动人心的项目之一。 学分:苏黎世联邦理工学院

美国宇航局的洞察号着陆器于 2018 年 11 月 26 日成功降落在火星上。七十天后,部署在火星表面的地震仪(称为 SEIS)开始记录这颗红色星球的震动。 迄今为止,它已经记录了1300多次地震。 这些地震记录使研究人员能够比以往更准确地描述火星的内部结构。

但现在这项任务有可能结束:太阳能电池板提供的电力太少,因为它们被灰尘覆盖。 ETH 教授 Domenico Giardini 与苏黎世联邦理工学院的研究人员和工程师团队合作开发 SEIS 的控制电子设备并负责地震服务,他解释了为什么尽管有这些情况,他并不那么悲观。

ETH 新闻:由于电力供应不再充足,NASA 预计将在夏末关闭地震仪,并在年底左右关闭着陆器。 您对这种情况有何评价?

Domenico Giardini:正如我们预期的那样,由于沙尘暴季节,能源供应在 3 月和 4 月进一步恶化。 那时着陆器的太阳能电池板上会积聚大量灰尘,从而减少电力供应。 但也有偶尔会清除灰尘的旋风。 所以我们希望我们还有更多的时间。

这些阵风足以清洁面板吗?

不是完全。 超细粉尘尤其成问题,因为它由于静电吸引力而粘在面板上。 这就是为什么 NASA 认为一旦夏天开始,就不再可能产生足够的电力来继续执行任务。 然而,现在我们看到能源供应好于预期,至少我们的仪器可以继续运行。

电力能持续多久?

我们肯定能够在 8 月的某个时候进行测量,如果运气好的话,时间会更长。 目前操作进展顺利:地震仪不断测量,着陆器定期上传数据。 从 7 月开始,我们可能一次只能测量几个小时。 我们还需要优化到地球的数据传输。 然后我们可能只会偶尔收到数据。

尽管即将结束,但在您看来,这项任务到目前为止进展怎样?

我们非常满意。 InSight 任务的持续时间几乎是原计划的两倍,是我有幸参与的最激动人心的项目之一。 它最大的成就之一是它怎样使科学本身向前迈进了几步。 这是一个待探索的全新星球; 我们知道 close 对它或其内部结构一无所知。 今天,我们现在对火星的了解比以前多得多。

NASA 也满意吗?

今年春天美国宇航局进行的内部任务审查非常热情。 如果电力供应有保障,NASA 甚至愿意再延长两年。 该机构对尽可能长时间地保持空间站的运行以及继续进行测量有着浓厚的兴趣,因为它们已经产生了如此多的科学回报。

有什么事情不如预期的那么好?

唯一的可能是我们希望火星的地震更加活跃,它有更多——尤其是更大的——5级或更大的地震。 在执行任务之前,我们已经创建了一张我们预计地震活跃区在哪里的地图。 但测量结果表明,地震发生在其他较少的地点,而且地震较小。 地震活动主要发生在最近火山活跃的地区。 我们已经预料到了。 但是我们预料到的其他地方的地震并没有发生,这让我很惊讶。 然而,最终我们记录了许多中等规模的事件,这些事件使我们能够绘制出行星的内部结构图,这是将洞察号发射到火星的关键原因。

学分:妮可戴维森/苏黎世联邦理工学院

这对分析意味着什么?

我们必须在分析中包括我们通常在地球上使用较少的中小型地震。 这是真正的侦探工作。 我们无法使用我们想要应用的许多技术,我们不得不设计新的单站地震学方法。 幸运的是,我们成功了。

5 月中旬,发生了一个大惊喜——而且恰逢其时:美国宇航局宣布 SEIS 首次在火星上测量到 5 级地震。 你能用它做点什么吗?

我们热切地等待着这样的活动。 经过几次 4 级事件,终于发生了 5 级! 这次地震也来得正是时候。 经过三年的分析,我们现在对地震活动和内部结构有了更多的了解,并且可以用这些数据做很多新的事情。 它将流入我们的进一步分析。 我们才刚刚开始研究在火星表面传播的波,因为这种波只由大型事件发出。 在这次新事件中,我们观察到强大的表面波在火星周围传播了数次,这为我们提供了探索地壳结构的宝贵工具。 现在所有的团队都在全力以赴。

在剩下的时间内发生和记录进一步大地震的概率是多少?

幅度很重要,但幅度和距离的结合更为重要。 对于我们的研究,我们寻找在返回行星表面之前穿过核心或表面的特殊波。 这样的波在地球上甚至是罕见的,在火星上我们也只看到过少数。 任何新的大型活动都可以为我们提供更多信息。

所以数据不够?

理想的情况是,如果我们可以在火山区之外记录一个新事件,我们已经记录了 30 个事件。 我们正在研究一个只有十次来自不同距离的地震的整个星球。 如果所有这些地震都具有相同的震中,即使一百个事件也无济于事。

从理论上讲,在火星上放置额外的地震仪会有所帮助吗?

当然! 如果地震太小,我们看不到来自地球另一端的地震。 他们迷失在沉重的背景噪音中。 所以我们不知道另一边发生了什么。

在 InSight 之后,ETH 的火星研究下一步是什么?

目前,火星和月球计划的主要重点是让人们飞到那里。 那不是我们的专长。 当科学设备可以上船时,我们肯定会参与进来,比如调查月球上有多少水和冰。 我们将开发设备,通过这些设备我们可以在月球更深处寻找水。 我们预计 2022 年或 2023 年会出现这样的项目。我们需要的技术与 InSight 类似。

你很快就要退休了。 您怎样激励自己启动您可能永远看不到结果的项目?

我将在 ETH Zurich 担任教授直到 2028 年,但像这样的重大太空任务是多代人的项目。 所有科学家都应该想要推进甚至他们可能无法看到结果的事情。

所以你毫不怀疑这些终身投资是合适的吗?

不。在像瑞士这样的国家,拥有一切可能性,我没有这样的怀疑。 我在 LISA ESA 任务中工作了 20 年,该任务致力于探测太空中的引力波。 LISA 计划要到 2035 年才能发射。如果 ESA 要求在月球上进行项目,我为什么不申请呢? 我还没有足够近的地方。