Előfizetés a lapra

Holdrengések

árapály, fizika, földrengés, földtudomány, Hold, holdrengés, kőzet, planetológia, szeizmológia

2016/12/21

A földrengések pusztító erejét sajnos nagyon jól ismerjük itt a Földön, gondoljunk csak a természeti jelenség okozta, legutóbbi olaszországi tragédiára. Az augusztus végén kipattant rengést több mint 1000 utórengés követte. Arról már bizonyára kevesebben hallottak, hogy a Holdon is vannak heves rengések: a földrengés etimológiája alapján holdrengések.

A Holdat a szeizmológusok az 1970-es évekig teljesen halott égitestnek tartották. Az Apollo-program során a felszínére elhelyezett szeiz­mo­mé­terekkel a fő cél eredetileg a meteorbecsapódások észlelése lett volna. A műszerek többsége 1977-ig folyamatosan küldte a jeleket a Földre, és mintegy 12 500 holdrengést sikerült meghatározni, ami óriási meglepetést okozott! (A NASA terv szerint 2019-re újra embert szeretne a Holdra juttatni.)

 Az Apollo-programok keretében 1969 és 1972 között 6 szeizmológiai állomást telepítettek a Holdra. Az Apollo-11 műszere csupán 3 hétig sugárzott adatokat, de az első nagyon hasznos megfigyeléseket a Hold szeiz­mi­ci­tá­sá­ról éppen ennek az állomásnak köszönhetjük. Az Apollo-program keretében három állomást egy egyenlő oldalú, körülbelül 1100 kilométer oldalú háromszög csúcsaiban raktak le, amely szinte a Földdel szemben helyezkedett el, és egy negyediket az egyik csúcsához közel (APSE Apollo Passive Seismic Experimet). Legtovább az Apollo-12 műszerei működtek, 1969 és 1977 között 4 évig küldték a Földre a jeleket. E négy állomás szeizmométerei évente mintegy 700–3300 holdrengést érzékeltek. Többségük mérete a földi Richter-skála szerint 1,3 magnitudójúnál kisebb volt. A legnagyobb rengéseket meteorbecsapódások okozták, nagyjából évi száz esetben. Az Apollo-hálózat egyaránt jelezte a sekély- és mélyfészkű holdrengéseket, sőt észlelte még a gyorsító rakéták és egyéb modulok becsapódásait is.

 Az Apollo-11 küldetés során Buzz Aldrin szeizmométert telepített a Holdra a Nyugalom-tengere (Mare Tranquilitatis) területén 1969. július 20-án

A mélyfészkű holdrengések igencsak nagy meglepetést jelentettek! Ahogy a Föld esetében a szeizmológiai mozgások, úgy a Hold belső felépítését is nagyrészt a holdrengések révén lehet jól felderíteni. A Holdon kilenc robbantást is végeztek, ami a sekély szerkezetét segített megismerni azzal, hogy pontosan ismert a robbantás helye, ereje és időpontja. A holdrengések esetében a szeizmogramok alapján számolt kipattanási hely függ a feltételezett holdi kőzetek anyagától, hőmérsékletétől, a nyomásviszonyoktól és az eltérő tulajdonságú kőzetek határfelületeinek elhelyezkedésétől. Ha egy rengés legalább három állomáson megfigyelhető, akkor a helyét és kipattanási idejét a beérkezett hullámok alapján jól meg lehet határozni. Minél messzebb van a fészek az állomásoktól, annál mélyebben található kőzeteken áthatolva jut el a rengéshullám a szeizmométerekig. Így a különböző távolságban kipattant rengések segítségével megismerhetjük egy égitest belső szerkezetét.

 A holdrengéseket mérő állomások két fő részből álltak: szeizmométerből és egy elkülönített elektronikus részből, amely a központi kommunikációs állomáshoz kapcsolódott. Főként berilliumból készült a műszer, amelynek súlya az elektronikus modullal és a hőszigeteléssel együtt körülbelül 11,5 kilogramm volt, mérete pedig 23× 29 centiméter. A műszereket 15 különböző paranccsal működtették. Ezek a szintező motorok irányát és sebességét, az erősítést és kalibrálást irányították. A jeleket folyamatosan a földi fogadó állomásra küldték, s ott mágneskazettán rögzítették. Minden állomás jelét azután monitoron tízmilliószorosára nagyítva elemezték ki. A Hold rendkívül nyugodt hely – hiszen nincs eső, szél és emberi eredetű kulturális zaj –, így maximális érzékenységgel tudtak az állomások működni, bolygónkon mindezt nem lehetett volna megtenni.

Az elmúlt években újra elővették a holdi műszerek szeizmogramjait, és újraelemezték azokat, immár nagy teljesítményű számítógépek és ötletes rengéskereső módszerek segítségével.  A legjelentősebb különbség a hold- és földrengések között az, hogy a Hold úgy viselkedik, mint egy harang vagy hangvilla. Ha „megkongatja” egy meteor­be­csa­pó­dás vagy egy „nagy jel”, mint például amilyen az Apollo gyor­sí­tó­egy­ségének becsapódása volt, akkor a keletkezett rengéshullámok nagyon lassan, több óra alatt csillapodnak le. Egy hasonló energiájú rengést a Földön csak néhány perces jelek kísérnének. A szeizmikus hullámok ilyen rendkívül gyenge csillapodását az erősen töredezett legfelső réteg alatt található nagy keménységű holdkőzet okozhatja, mivel azokból hiányoznak a folyadékok, gázok. A másik időnként felröppenő magyarázatot, miszerint üreges a Hold, nem igazolják a holdrengések.

 Az Apollo-űrhajók (12, 14, 15, 16, 17) leszállási helyei. A piros vonallal összekötött állomások ~1100 kilométerre voltak egymástól. Az Apollo-12 és az Apollo-14 egységei között pedig csak 181 kilométer volt a távolság. A mélyfészkű holdrengések főleg a Hold innenső oldalán pattantak ki. A sekélyfészkű rengések a Hold északkeleti és délnyugati területén gyakoribbak.

 A sekélyfészkű holdrengésekből a szeizmológusok összesen 28-at azonosítottak, ezek a holdfelszín alatt 20–30 kilométer mélyen pattantak ki. Szokatlanul erős a nagyfrekvenciás tartalmuk, és nagy távolságról is jól detektálhatók. Ritkán fordulnak elő, de a legnagyobb energiájú események a Holdon. A Földön ezek keskeny övekbe – a szubdukciós zónák íveibe – rendeződnek, jó példa rá Japán elhelyezkedése, a Hold esetében ilyet nem tapasztalunk, az epicentrumok eléggé elszórtan találhatók. Yosio Nakamura híres holdrengéskutató feltételezése szerint e sekély holdrengések a Hold becsapódási kráterei (tengerei) körül csoportosulnak. Lehet, hogy a fiatalabb kráterek körül még tektonikai mozgások történnek, esetleg az akkor megolvadt láva hőmérsékleti feszültségével kapcsolatos mechanizmusok okozhatják az ottani sekélyfészkű holdrengéseket.

 A mélyfészkű holdrengések rendszerint ugyanabban vagy közel ugyanabban a fészekben keletkeznek, az árapályerők ciklikus változásának megfelelően. Mintegy 300 ilyen fészket találtak a Holdon, úgy 800–1000 kilométer mélyen az égitestben. Ezek a fészkek csak néhány kilométernyi kiterjedésű területek, és főleg a Hold Föld felöli oldalára koncentrálódnak, ám ott sem egyenletesen szétszóródva. Összesen 7245 mélyfészkű holdrengést azonosítottak. Jellemzőjük, hogy erejük kicsi, legföljebb egy M~3 magnitúdójú földi rengésnek felelnek meg.

 A holdrengések egy jellemző csoportját alkotják a meteor­be­csa­pó­dások. Mintegy 1700 ilyen becsapódást sikerült azonosítani az Apollo-program során, a meteoritok tömege 0,5 és 5000 kilogramm között lehetett. A feltételezések szerint a Hold felszínét – 20 kilométer mélységig – a meteoritok alaposan összetörték, feldarabolták, ami a rengéshullámok gyors elnyelődését okozza ebben a rétegben. 

 A negyedikféle holdrengést a hőmérséklet-változással kapcsolatos szeizmikus mozgások alkotják, ezek száma több mint 300 000! A mikro holdrengések tevékenysége hirtelen megemelkedett  két nappal a holdi napfelkelte után, és naplemente után pedig hirtelen megszűntek. A következő lehetséges mechanizmus okozhatja ezt a sajátos időzítést: vagy a kőzetek további töredeződése, vagy az elmozdulása a gyengébb zónákban, esetleg a talaj megcsúszása a hőmérsékleti feszültségek miatt.

A mélyfészkű holdrengések rendkívül érdekes tulajdonságúak: szűk kiterjedésű fészkekben és periódikusan pattannak ki. Jellemzőjük még, hogy az ismétlődő holdrengések szeizmogramjai fészkenként szinte teljesen egyformák! (Az interneten érdemes folyamatában megnézni a Hold Föld körüli bonyolult mozgásának összetevőit: https://svs.gsfc.nasa.gov/4118). A Hold–Föld-távolság nagyjából 28 és 32 földsugár között változik, emiatt hol nagyobbnak, hol kisebbnek látjuk a Holdat (ez az anomalisztikus hónap, hossza ~ 27,55 nap). Maga a Hold nem „kerek”, ahogy a Földről látjuk, hanem inkább egy olyan tojáshoz hasonlítható, amelynek a hegyes vége a Földtől távol esik, és az alsó részét mutatja bolygónk felé. A Hold keringési pályája valójában nem esik egybe az ekliptika síkjával, hanem azzal körülbelül 5°-os szöget zár be. Ezért a Hold hol e sík fölött, hol ez alatt mozog. A két sík metszéspontja a felszálló és leszálló csomó. Az előbbi esetben az északi, az utóbbiban a déli sarok mögé láthatunk, mindkét esetben 7°-kal többet a szélességi körök mentén. Ez a drakonikus hónap, hossza mintegy 27,21 nap. (Ez a szélességi libráció – a kék korong elmozdul kissé lefelé, vagy felfelé.)

 Égi kísérőnknek csak a forgása egyenletes, a Föld körül ellipszis alakú pályán kering, emiatt haladási sebessége a Kepler-féle törvényeknek megfelelően ingadozik. Földtávolban a Hold lelassul és kissé „túlforog”, amikor pedig Földközelben felgyorsít, a forgása lanyhul, így hol a nyugati, hol a keleti oldalán látunk többet a túloldalából, mintegy 7,9°-kot. (Ez a hosszúsági libráció – a kék korong elmozdul kissé balra vagy jobbra.)

 A bonyolult Föld körüli tánc során változnak a Holdra ható árapályerők, és azok szélsőséges értékeinél 600–1200 kilométer mélyen holdrengések pattannak ki. Ezek a drakonikus (27,21) és az anomalisztikus (27,55) hónappal mutatnak kapcsolatot. E két ciklus hossza között nagyon kicsi az időkülönbség. Egyes fészkek rengései mindkettővel, míg mások csak az egyikkel mutatnak kapcsolatot. Egy éles maximum van még 13,6 naponként, amely a már említett drakonikus hónap fele. A rengések kipattanási idejében felfedeztek még két hosszabb periódust is, egy 206 naposat és egy féléveset, amelyek tulajdonképpen a Hold pályájának zavarai a Nap „perturbáló” hatása miatt. A Hold sekélyfészkű rengései nem mutatnak kapcsolatot az árapályfeszültségekkel.

 Bár a Hold árapályhatása jól ismert a Földön (a tengereken naponta kétszer dagály és apály váltja egymást), a földrengések kipattanási idejét azonban nem sikerült a Holddal összekapcsolni. Víz alatti vulkánok „mocorgásait” viszont beindíthatja a Hold és a Nap együttes árapályhatása.  

 KISZELY MÁRTA

 

Keretes írásunk:

NÉZZÜNK A MÉLYÉRE!


A Hold belső felépítése a sekély- és mélyfészkű holdrengések kipattanási területeivel

A Földhöz hasonlóan, a Hold is öves felépítésű, és belseje három fő részre osztható: kéreg, köpeny és mag. A holdkéreg 60–70 kilométer vastagságú, ami körülbelül háromszorosa a földi kéregnek, és főleg anortozitból áll, amely a Hold keletkezése során megolvadt magmából kikristályosodott kőzet összefoglaló neve. A legjelentősebb réteghatár (sebesség kontraszt) az alacsony sebességű kéreg és a nagysebességű felső köpeny között mutatkozik. Itt a rengéshullámok terjedési sebességéről van szó. A holdi köpeny – anyagát tekintve – főként olivinből és piroxénből áll, és egy holdrengésektől csendes felső és egy holdrengésekben gazdag középső részre osztható. Ez utóbbi övben van a mélyfészkű holdrengések forrása. A köpeny alsó része valamennyire olvadt lehet. A Hold magja – hasonlóan a Földhöz – egy szilárd belső és egy folyékony külső magból áll, ezeknek vas és kén lehet a két legfőbb alkotóeleme. A Hold magjának sugara nagyjából 350 kilométer, ami ötöde a Hold teljes sugarának. A Föld magja ennél sokkal nagyobb, a saját sugarának körülbelül a fele. Érdekes, hogy a Hold túlsó oldalán alig sikerült mélyfészkű holdrengéseket meghatározni. Ezek hiánya arra utal, hogy a túlsó része valóban csendes vagy a Hold részlegesen olvadt külső magja miatt nem tudtak átjutni a rengéshullámok az innenső oldalon levő állomásokra. Jó lenne mérőállomás a túlsó oldalra is!

 

2016/40