Contrairement à la Terre, la Lune n’est pas tectoniquement active. Les séismes lunaires ont différentes origines :certains sont causés par des différences thermiques entre le jour et la nuit lorsque la température de la surface varie, d'autres qui se produisent plus profondément peuvent être causés par l'attraction gravitationnelle de la Terre, et d'autres encore sont causés par le refroidissement et la contraction lente de la Lune au fil du temps. . Comprendre comment, quand et où ces séismes se produisent est essentiel pour planifier des missions sur la Lune, surtout si des structures permanentes comme une base lunaire doivent être construites à sa surface.

Une nouvelle étude démontre qu'une nouvelle technologie sismologique émergente appelée détection acoustique distribuée (DAS) serait capable de mesurer les séismes lunaires avec une précision sans précédent. Alors que les prochaines missions Artemis de la NASA prévoient de retourner sur la Lune pour, entre autres objectifs de recherche, déployer de nouveaux capteurs sismiques, l'étude plaide en faveur de l'utilisation du DAS plutôt que des sismomètres conventionnels.

Un article intitulé "Évaluer la faisabilité de la détection acoustique distribuée (DAS) pour la détection des tremblements de lune", décrivant la recherche, paraît dans la revue Earth and Planetary Science Letters. .

Au cours de la dernière décennie, le professeur de géophysique Zhongwen Zhan (Ph.D.) a développé le DAS, qui consiste à envoyer des lasers à travers un câble à fibre optique et à mesurer la façon dont la lumière laser change dans le câble lorsqu'il subit des secousses ou des secousses. Le câble agit ainsi comme une séquence de centaines de sismomètres individuels, permettant aux chercheurs de mesurer les séismes de manière très précise. Une étude récente a montré qu'un tronçon de câble de 100 kilomètres pourrait fonctionner comme l'équivalent de 10 000 sismomètres.

Avec seulement quelques sismomètres individuels éloignés les uns des autres sur la Lune, les signaux sismiques des séismes lunaires sont assez flous, ou « bruyants », comme si on écoutait une radio pleine d'électricité statique. Cela est dû à un phénomène appelé diffusion, dans lequel les ondes sismiques deviennent moins claires lorsqu'elles traversent la couche supérieure poudreuse de la surface de la Lune. Avoir plusieurs capteurs (en fait, des milliers, comme pourrait le fournir un câble à fibre optique) aiderait à clarifier un signal bruyant.

Dans la nouvelle étude, dirigée par Qiushi Zhai, chercheur postdoctoral associé en géophysique, les chercheurs ont déployé un câble à fibre optique équipé de la technologie DAS en Antarctique. L’environnement glacial et sec du pôle Sud, loin des activités humaines, est l’analogue le plus proche de la Lune sur Terre. Les capteurs DAS étaient suffisamment sensibles pour mesurer les petites secousses provoquées par la fissuration et le mouvement de la glace, ce qui suggère qu'ils seraient capables de mesurer les tremblements de lune.

"Un autre avantage de l'utilisation du DAS sur la Lune est qu'un câble à fibre optique est physiquement assez résistant aux conditions difficiles de l'environnement lunaire :rayonnement élevé, températures extrêmes et poussière importante", explique Zhai.

Les prochaines étapes consistent à démontrer que le DAS peut fonctionner avec les ressources énergétiques limitées disponibles sur la Lune et à effectuer davantage de modélisation et d'analyses pour comprendre à quel point les séismes petits et distants peuvent être et toujours être détectables.

Détection acoustique distribuée :comment ça marche ?

Pour utiliser un câble à fibre optique comme réseau dense de capteurs sismiques, des émetteurs laser sont placés à une extrémité du câble et projettent des faisceaux de lumière à travers les longs et minces brins de verre qui constituent l'âme du câble. Le verre présente de minuscules imperfections qui réfléchissent une infime partie de la lumière vers la source, où elle est enregistrée.

De cette manière, chaque imperfection agit comme un point de cheminement traçable le long du câble à fibre optique, qui est généralement enfoui juste sous le niveau du sol. Les ondes sismiques se déplaçant à travers le sol font légèrement bouger le câble, ce qui modifie le temps de trajet de la lumière vers et depuis ces points de cheminement.

Ainsi, les imperfections le long du câble agissent comme des milliers de sismomètres individuels qui permettent aux sismologues d'observer le mouvement des ondes sismiques. Utiliser des câbles de télécommunication à fibres optiques dans tout l'État de Californie, par exemple, pourrait équivaloir à le couvrir de millions de sismomètres, permettant aux chercheurs de créer des observations détaillées de la dynamique de la croûte partout où des câbles à fibres optiques se trouvent à proximité.