Redes de fibra óptica podem ter revela a estrutura interna da Lua

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Redes de fibra óptica podem ter revela a estrutura interna da
Lua
Quando os astronautas da Apollo pousaram na Lua, trouxeram sismógrafos com eles. A partir de 1969,
eles estabeleceram estações sísmicas em seis locais que permaneceram em operação até 1977. A
informação irradiada por essas estações iluminou o interior da Lua pela primeira vez, e os cientistas
ainda estão aprendendo com isso hoje porque, apesar de sua idade, os dados da Apollo ainda são as
melhores e únicas informações sismológicas que temos da Lua.
A detecção acústica distribuída, ou DAS, que transforma cabos de fibra óptica comuns em redes densos
de sismógrafos, pode mudar isso. Uma nova pesquisa publicada na Seismological Research Letters
aponta para a DAS como uma maneira promissora, econômica e cientificamente frutífera de construir
matrizes de sismômetros na Lua. Os cientistas simularam sismogramas lunares e mostraram que, ao
“empilhar” os muitos milhares de medições feitas ao longo de uma matriz DAS, pode até ser possível
captar os ecos de ondas sísmicas saltando do núcleo da Lua – apesar da infeliz tendência da crosta
lunar de espalhar ondas sísmicas. Uma matriz DAS poderia, assim, ajudar a resolver a questão de saber
se o núcleo da Lua é líquido ou sólido, entre outros mistérios geofísicos.
“As pessoas estão usando cabos de comunicação para fazer a sismologia [na
Terra]. Por que não na Lua?”
“É uma maneira muito diferente de fazer sismologia do que tradicionalmente fizemos no passado, e é
por isso que as pessoas estão realmente animadas com isso”, disse Nicholas Schmerr, sismólogo da
Universidade de Maryland que não esteve envolvido no estudo.
https://eos.org/tag/fiber-optics
https://doi.org/10.1785/0220230067
https://www.geol.umd.edu/nicholasschmerr
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“Eu acho que o artigo é muito bom”, concordou o sismólogo planetário Raphalo Garcia, do Institut
Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace em Toulouse, França. Garcia também não esteve envolvido
na nova pesquisa. “As pessoas estão usando cabos de comunicação para fazer a sismologia” na Terra,
ele raciocinou. Por que não na Lua?”
Os Mistérios da Lua
Graças aos sismógrafos Apollo, sabemos que a Lua tem pelo menos três camadas distintas: uma crosta
de silicato, um manto de olivina e algum tipo de núcleo pequeno e rico em metais. Saber sobre a
composição interior de um corpo planetário pode contar muito aos cientistas sobre sua história – e
porque a Lua é a companheira da Terra, aprender sobre seu interior também revela novos capítulos na
história da Terra. Por exemplo, o núcleo subdimensionado da Lua sugere que a Lua se formou a partir
da luz, material pobre em metal expelido da Terra quando impactou outro corpo do tamanho de um
planeta.
Mas há muita coisa que ainda não sabemos sobre as entranhas geológicas da Lua.
Um problema com a compreensão do interior da Lua é realmente na superfície. O regolito empoeirado e
empoeirado que cobre a superfície lunar dispersa as ondas sismológicas, e a dispersão cria uma
cacofonia de ruído de “coda” após a primeira chegada de ondas de um terremoto lunar. Esse ruído abafa
os verdadeiros sinais de ondas sísmicas mais fracas que chegam mais tarde, incluindo ondas sísmicas
que saltam do núcleo lunar antes de chegar à superfície.
Além disso, atualmente temos bons dados sísmicos apenas do lado próximo da Lua, onde os
astronautas da Apollo pousaram.
DAS na Lua
Para entender melhor os terremotos lunares, os cientistas precisam de mais sismógrafos na Lua –
idealmente, densas deles. Mas mesmo na Terra, a construção de tais matrizes pode ser tecnicamente
exigente e financeiramente cara.
Wenbo Wu, cientista da Woods Hole Oceanographic Institution e co-autor do novo artigo, juntou-se a
seus colegas ao se perguntar se as matrizes DAS poderiam ser um caminho a seguir para a sismologia
lunar.
Observações do DAS feitas ao longo de cerca de 40 quilômetros de fibra seriam
suficientes para captar ondas sísmicas refletidas no núcleo da Lua.
Os sismógrafos DAS são essencialmente apenas comprimentos de cabo de fibra óptica conectados em
uma extremidade a um dispositivo de “interrogador”. O interrogador dispara pulsos de luz laser pela fibra
e mede o sinal que se espalha de volta das imperfeições naturais da fibra para rastrear como o cabo se
deforma à medida que as ondas sísmicas passam. Cada seção do cabo age como seu próprio
sismógrafo, transformando um simples comprimento de fibra em uma matriz sismológica.
Quando a equipe de Wu simulou sismogramas lunares, eles descobriram que empilhar as observações
do DAS feitas ao longo de cerca de 40 quilômetros de fibra seria suficiente para captar ondas sísmicas
refletindo no núcleo da Lua.
https://pagespro.isae-supaero.fr/raphael-garcia/?lang=en
https://eos.org/articles/the-quaking-shrinking-moon
https://directory.whoi.edu/profile/wenbo-wu/
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Ao empilhar, Wu disse, “podemos reduzir os sinais de contaminação da dispersão” através do regolito
lunar. O empilhamento deve cancelar o ruído aleatório ao amplificar o sinal.
Artemis e a Sismologia Lunar
Nos sismogramas sintéticos lunares da equipe, o modelo DAS não teve um desempenho tão bom
quanto uma variedade igualmente densa de 40 sismógrafos tradicionais. Mas praticamente falando,
disse Schmerr, “você não vai ter 40 sismistas na Lua”. A DAS, por outro lado, seria rentável e mais
simples de implantar.
“Este é um ótimo exemplo de um artigo que está criando o caso para uma futura missão”, continuou
Schmerr.
Futuras missões estão a caminho. As missões Artemis da NASA retornarão os astronautas à Lua pela
primeira vez em 50 anos em 2026, com o objetivo de eventualmente estabelecer uma presença humana
permanente lá. A fibra óptica quase certamente fará parte da infraestrutura que os futuros astronautas e
rovers estabelecem na Lua. E redes de fibra óptica usadas para comunicações e outros fins também
podem ser usadas para DAS, como já estão na Terra.
Still, noted Wu, Schmerr, and Garcia, the technical challenge of deploying fiber-optic cables on the Moon
could be considerable. “We would like to get a cable with a length of tens of kilometers. That’s a big
challenge” in and of itself, said Wu.
Securing cables to the ground well enough to act as seismometers might be more of a challenge on the
Moon than on Earth, for example. On Earth, the usual solution is to bury the cables in trenches. But that
might not work so well on the Moon, with its dry, fluffy regolith and microgravity. Solving the problem,
however, would have practical as well as scientific benefits for future missions: Seismometers can be
used to prospect for useful materials like ice or metals and to learn about hazards posed by
micrometeorites and moonquakes.
“There are a lot of questions for science,” said Garcia, “but also for exploration.”
—Elise Cutts (@elisecutts), Science Writer
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Citation: Cutts, E. (2024), Fiber-optic networks could reveal the Moon’s inner structure, Eos, 105,
https://doi.org/10.1029/2024EO240159. Published on 3 April 2023.
Texto ? 2024. Os autores. CC BY-NC-ND 3.0 (em versão 3.0)
 
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https://eos.org/tag/artemis
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https://doi.org/10.1029/2024EO240159
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