Orígenes y detección de terremotos lunares: nuevas técnicas de medición de estos seísmos

A diferencia de la Tierra, la Luna no está tectónicamente activa.

Detectando terremotos lunares

Los terremotos lunares tienen diferentes orígenes: algunos son causados por diferencias térmicas entre el día y la noche a medida que la superficie varía en temperatura, otros que ocurren a mayor profundidad pueden ser causados por la atracción gravitacional de la Tierra, y otros son causados por la luna enfriándose y contrayéndose lentamente con el tiempo. Comprender cómo, cuándo y dónde ocurren estos terremotos es fundamental para planificar misiones a la Luna, especialmente si se van a construir estructuras permanentes como una base lunar en su superficie.

Un nuevo estudio demuestra que una nueva tecnología sismológica emergente llamada detección acústica distribuida (DAS, por sus siglas en inglés) podría medir los terremotos lunares con una precisión sin precedentes. Dado que las próximas misiones Artemis de la NASA planean regresar a la luna para, entre otros objetivos de investigación, desplegar nuevos sensores sísmicos, el estudio defiende el uso de DAS en lugar de sismómetros convencionales.

Un artículo, titulado "Evaluación de la viabilidad de la detección acústica distribuida (DAS) para la detección de terremotos lunares", que describe la investigación aparece en la revista Earth and Planetary Science Letters.

Durante la última década, el profesor de Geofísica Zhongwen Zhan (Ph.D.) ha estado desarrollando DAS, que implica enviar láseres a través de un cable de fibra óptica y medir cómo la luz del láser cambia a lo largo del cable cuando experimenta sacudidas o temblores. De esta manera, el cable actúa como una secuencia de cientos de sismómetros individuales, lo que permite a los investigadores medir los terremotos con mucha precisión. Un estudio reciente demostró que un tramo de cable de 100 kilómetros podría funcionar como el equivalente a 10.000 sismómetros.

Con sólo unos pocos sismómetros individuales muy separados unos de otros en la Luna, las señales sísmicas de los terremotos lunares son bastante borrosas o "ruidosas", como escuchar una radio llena de estática. Esto se debe a un fenómeno llamado dispersión, donde las ondas sísmicas se vuelven menos claras cuando viajan a través de la capa superior de polvo de la superficie de la luna. Tener múltiples sensores (de hecho, tener miles, como podría proporcionar un cable de fibra óptica) ayudaría a aclarar una señal ruidosa.

En el nuevo estudio, dirigido por Qiushi Zhai, investigador asociado postdoctoral en geofísica, los investigadores desplegaron un cable de fibra óptica equipado con tecnología DAS en la Antártida. El ambiente seco y helado del Polo Sur, lejos de las actividades humanas, es el análogo más cercano en la Tierra a la Luna. Los sensores DAS eran lo suficientemente sensibles como para medir las pequeñas sacudidas causadas por el hielo que se agrieta y se mueve, lo que sugiere que podrían medir los terremotos lunares.

"Otra ventaja de utilizar DAS en la Luna es que un cable de fibra óptica es físicamente bastante resistente al duro entorno lunar: alta radiación, temperaturas extremas y mucho polvo", dice Zhai.

Los próximos pasos son demostrar que DAS puede operar con los limitados recursos de energía disponibles en la Luna y realizar más modelos y análisis para comprender qué tan pequeños y distantes pueden ser y aún ser detectables los terremotos.

Detección acústica distribuida: ¿cómo funciona?

Para utilizar un cable de fibra óptica como una densa matriz de sensores sísmicos, se colocan emisores láser en un extremo del cable y disparan rayos de luz a través de las largas y delgadas hebras de vidrio que forman el núcleo del cable. El vidrio tiene pequeñas imperfecciones que reflejan una porción minúscula de la luz hacia la fuente, donde se registra.

De esta manera, cada imperfección actúa como un punto de referencia rastreable a lo largo del cable de fibra óptica, que normalmente está enterrado justo debajo del nivel del suelo. Las ondas sísmicas que se mueven a través del suelo hacen que el cable se mueva ligeramente, lo que cambia el tiempo de viaje de la luz hacia y desde estos puntos de referencia.

Por lo tanto, las imperfecciones a lo largo del cable actúan como miles de sismómetros individuales que permiten a los sismólogos observar el movimiento de las ondas sísmicas. Utilizar cables de fibra óptica para telecomunicaciones en todo el estado de California, por ejemplo, podría equivaler a cubrirlo con millones de sismómetros, lo que permitiría a los investigadores crear observaciones detalladas de la dinámica de la corteza terrestre en cualquier lugar donde haya cables de fibra óptica cerca.

Referencia

Qiushi Zhai et al, Assessing the feasibility of Distributed Acoustic Sensing (DAS) for moonquake detection, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI: 10.1016/j.epsl.2024.118695