Egy kis szeizmológia
A szeizmikus hullámok
Szeizmikus hullámok és bolygószerkezet
Szeizmológia a Marson
A szeizmikus események lehetséges forrásai a Marson
A Marson négy forrása lehet a szeizmikus eseményeknek
1. Árapály erők okozta mozgások
2. Légköri hatások
3. Meteorit-becsapódások
4. Vetők
A "földrengések" átlagos száma évente az esemény M magnitudója függvényében
A szeizmikus hullámok
Amikor egy földrengés vagy egy meteorit-becsapódás történik, a talajban keltett zavar a kőzetrétegeken keresztül szeizmikus hullámok formájában terjed tova. Azokat a hullámokat, amelyek keresztülutaznak a bolygó testén térhullámoknak, amelyek a bolygó felszínéhez kötötten haladnak, felületi hullámoknak nevezzük.
Felületi hullámok
A longitudinális hullámok gyorsabban terjednek a transzverzális hullámoknál. Ebből következően - bár egyszerre keletkeztek, a vizsgálat helyére nem fognak egyszerre megérkezni. Mivel a longitudinális hullámok érkeznek meg először, ezért a szeizmológiában azokat P, azaz elsődleges (Primary), míg a később beérkező transzverzális hullámokat S, azaz másodlagos (Secondary) hullámoknak nevezik. A P és S jelölések összhangban vannak a hullámok korábban említett fizikai tulajdonságaival, a nyomás (P - Pressure) és a nyírás (S - Shear) jelölésekkel.
Térhullámok
A Love hullám olyan kereszt irányú (transzverzális) hullám, melyben a részecskemozgás a horizontális síkban történik, és merőleges a hullám terjedési irányára. (Más szóval, horizontális síkban polarizált transzverzális hullám.) Az oszcilláció amplitúdója a mélységgel csökken.
A beérkező P- és S-hullámok energiáját összehasonlítva a tudósok képesek megmondani, hogy földrengés vagy robban(t)ás történt-e. A robbantások ugyanis sokkal erősebb P-hullámot gerjesztenek. A Földön ez egy hasznos módszer pl. az atombomba-kísérletek felügyeletére, a Marson pedig segíteni fog megkülönböztetni a marsrengéseket a meteorit-becsapódásoktól; ez utóbbiakat ugyanis felszíni robbanásoknak tekinthetjük.
Szeizmikus hullámok és bolygószerkezet
Ha a hullám két, egymástól külünböző tulajdonságú közeg határára érkezik, akkor a határfelületen egy része vissaverődik, más része az irányát megváltoztatva (megtörve) tovább halad. Ha a közeg fizikai tulajdonságai folyamatosan változnak, a hullám görbült útvonalon is haladhat. Mindezek érvényesek a szeizmikus hullámokra is. Közeghatár lehet pl. a szilárd kéreg és a köpeny, vagy a köpeny és a folyékony mag találkozása. A helyzetet tovább bonyolítja, hogy a határfelületen változhatnak a polarizációs viszonyok is, valamint hullámtipusok közötti részleges konverzió is megvalósulhat.
A P- és S-hullámok sugárútjai a Föld belsejében
A P-hullám terjedése
Az S-hullám terjedése
A P- és S-hullámok sebességviszonyai a Föld belsejében
(módosított IASP91 Föld Modell © BGSC/NERC)
A szeizmikus hullámok sebessége a mélységgel növekszik. A P-hullám sebessége a köpeny-mag határon egy éles csökkenést mutat. Az S-hullámok a folyékony külső magban nem terjednek (nulla a sebessége).
A Föld belső szerkezete
A Föld belső szerkezete
A Föld legkülső, szilárd halmazállapotú, kőzetekből álló rétege a földkéreg. A bolygó sugarával összehasonlítva nagyon vékony gömbhéj: az óceánok alatt 6-7 km, a szárazföldek alatt 30-40 km vastagságú. A földkéreg alatti rész a földköpeny, amely kőzetekből felépülő szilárd réteg. Két részre, a felső és az alsó köpenyre tagolódik. A felső köpeny kb. 700 km mélységig terjed, felső, kb. 100 és 250 km közti részét lágyköpenynek, idegen szóval asztenoszférának nevezik. Az asztenoszféra enyhén képlékeny, szilárdhoz közel álló halmazállapotú, átlaghőmérséklete 1340 Celsius körül mozog. Az alsó földköpeny 2900 km mélységig tart, itt kezdődik a Föld magja. A földmag külső része folyékony, belső része szilárd halmazállapotú.
https://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop412A/2011-0038_12_david1_hu/ar01s02.html
http://termtud.akg.hu/okt/7/foldunk/2tagol.htm)
Szeizmológia a Marson
A Földön egy szeizmológiai eseményt számos helyen detektálnak, de fontos információt hordoz az is,
mely állomásokon nem volt érzékelhető a rengés (ld. a P és S hullámok árnyékzónája). A Mars esetében
csupán egy állomás jelei állnak (majd) rendelkezésre, amihez még szükség lesz további, kiegészítő információkra.
Az InSight szeizmométerei és gyorsulásmérői mérik a beérkező hullámok irányát és amplitúdóját,
a Mars felett keringő MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) egység pedig a felszínről nagy felbontású
képeket küld. A képek segítségével képesek leszünk meghatározni a becsapódási események helyét.
A Marsrengések program keretében pont ebben tudunk segíteni a kutatóknak, akik sok-sok újonnan
keletkezett kráter adataiból meghatározzák minden egyes rengés energiáját, és a hullámok gondos elemzésével
lassan kezdik majd felderíteni a Mars belső szerkezetét.
A becsapódás távolságának meghatározása
A P- és S- hullámok futásideje egy 10 km-re a felszín alatt történt rengésből kiindulva (© BGS/NERC)
A fenti ábráról leolvashatjuk, hogyha a futásidő különbsége 3,4 másodperc, akkor a földrengés az észlelőhelytől 24 km-re pattant ki. A görbék eleje azért görbült, és azért nem a 0-pontból indulnak, mivel a kipattanás a felszín alatt 5 km-re történt. (Más mélység esetén egy kissé módosulnak a görbék.)
A Mars esetében felszíni becsapódás okozta rengéseket várunk, így ebben az esetben a futásidő különbség a távolsággal lineárisan változik.
A P- és S- hullámok futásideje felszíni becsapódáskor
Ha például a futásidő különbsége 3 másodperc, akkor a becsapódás az észlelőhelytől várhatóan 18 km-re történt.
A becsapódás irányának meghatározása
Manapság a szeizmométerek a talajmozgást az idő függvényében három irányban rögzítik: egy függőleges és két vízszintes, általában az észak-déli (É-D) és kelet-nyugati (K-Ny) irányban. Az alábbi ábra egy viszonylag kicsi (M=4,2), a műszertől 240 km-re kipattant földrengés szeizmogramja. A két vízszintes komponens az É-D-i (kék) és K-Ny-i irányú (narancs). A vízszintes tengely az időt, a függőleges a talajmozgását mutatja. Az elsőként beérkezett szeizmikus hullámok (bekeretezett rész) részletes elemzése lehetővé teszi, hogy meghatározzuk a hullámok beérkezési irányát.
Szeizmogram
A módszer a következő: a szeizmogram kezdeti - a fenti ábrán kék téglalappal megjelölt - szakaszán mért É-D és K-Ny irányú elmozdulásértékeket bejelöljük egy derékszögű koordinátarendszerben. Természetesen arra ügyelni kell, hogy a két csatorna léptéke azonos legyen. Az első néhány pont egy viszonylag szűk, elnyúlt hurkot fog ábrázolni. A hurok tengelye megadja a hullám beérkezési irányát. A forrás talajrészecskék kezdeti elmozdulásával ellentétes irányban található. Az elmondottakat az alábbi ábra szemlélteti.
A szeizmikus forrás irányának meghatározása
Az ábra felső része a szeizmogram kezdeti szakaszát mutatja kinagyítva, az alsó részén pedig a derékszögű koordinátarendszerben ábrázolt elmozdulásértékek láthatók. A piros nyil a forrás feltételezett irányát jelöli.
Új kráter keresése a Marson
1. Rendszeresen ellenőrizzük, hogy az InSight rögzített-e szeizmikus eseményt
2. Az S és P hullámok futásidőkülönbségéből meghatározzuk az esemény távolságát a szeizmométertől
3, A P-hullám kezdeti szakaszának elemzésével meghatározzuk a hullám beérkezési irányát
4, Az esemény 1. pont szerint kapott távolságának megfelelő sugárral a marstérképen kört rajzolunk az InSight pozíciója köré, és megkeressük a feltételezett új kráter helyét.
5. A HiRISE szondának a szezmikus jel észlelése előtt és után, a feltételezett területetről készült képeit összehasonlítjuk, és a felvételeket közelebbről megvizsgálva behatároljuk a krátert.
6. Ha erőfeszítéseinket siker koronázta, mielőbb értesítést küldünk az eredményről.