et seismometer er en enhed, der er følsom over for vibrationer. Det fungerer efter princippet om et pendul: en tung, inert masse med en vis modstand mod bevægelse (dvs.inerti) på grund af dens vægt er ophængt fra en ramme af en fjeder, der tillader bevægelse. Energien fra enhver seismisk aktivitet ophidser denne “bevismasse”, som den kaldes af geofysikere, hvilket får den til at vibrere.
hvad bevæger sig faktisk? Det afhænger af dit synspunkt!,
Denne visning af en mobil masse er gyldig, hvis du overvejer, at rammen, som massen er fastgjort til—og som er fastgjort til jorden—ikke bevæger sig. Men når et jordskælv opstår, eller en rysten er produceret af enhver form for chok, er det faktisk jorden—og derfor rammen fastgjort til den—der bevæger sig!
Hvis du ændrer dit synspunkt og ser på massen, kan vi overveje, at når der opstår en rysten, vil massen—som har inerti på grund af dens vægt—kun bevæge sig efter en bestemt tid, mens rammen vil bevæge sig i overensstemmelse med jordbevægelsen.,
ud over massen, fjederen og rammen har et seismometer brug for en enhed til konstant at registrere massens bevægelse i forhold til rammen. Dette er en central del af den seismiske sensor og forskellen mellem seismometerteknologier, da nogle måler massens hastighed og andre dens forskydning. I begge tilfælde er optagelsen, der viser jordbevægelse over tid, kendt som et seismogram.
en endnu enklere teknik til at repræsentere dette signal består i at fastgøre en pen til pendulet. Pennen rører en rulle papir viklet omkring en roterende tromle., Dette er kendt som en seismograf, et instrument, der direkte plotter signalet snarere end at optage det i digital form.
enkle pendler og inverterede pendler
princip for drift af et seismometer (. Adobe Stock).
de første udviklede seismometre var baseret på et simpelt pendul, hvor den bevægelige masse suspenderes lodret fra en ramme.
for at øge følsomheden blev denne type enhed derefter monteret på hovedet, hvorfor den er kendt som et inverteret pendul. I dette tilfælde er pendulets massecentrum over drejepunktet.,
i modsætning til det første design er denne samling naturligt ustabil, og den mindste forstyrrelse vil få denne masse til at forlade sit ligevægtspunkt og bevæge sig til venstre eller højre, når tyngdekraften tiltrækker den nedad.
den iboende ustabilitet af et inverteret pendul er ikke desto mindre det, der får denne enhed til at reagere på den mindste bevægelse, uanset hvor lille den er. Som du vil se senere, er InSight rumfartøjets seis-instrument baseret på det omvendte pendulprincip.,
Plotte et seismogram
seismograf giver data som et seismogram, som er en registrering af omfanget af jorden bevægelse over tid, mens løbende måling af forskydningen mellem positionen af massen og den ramme, som den er tilknyttet, i forhold til en ligevægtsposition sige, når enheden er i drift, i mangel af enhver seismisk aktivitet.
historisk blev de første seismogrammer produceret på grundlæggende måder: en metalnål fastgjort til en mobil masse efterlod et spor af dets bevægelser på papir dækket af sod., Senere blev nålen erstattet af en blækpen, der registrerede bevægelser på en roterende papirrulle. I dag, i den digitale tidsalder, giver seismometre digitale signaler optaget af computere. Seismometrene, der blev fløjet til Månen af Apollo-missionerne, var blandt de første af denne art, for selv i de tidlige 1970 ‘ ere var de fleste seismiske stationer på jorden stadig udstyret med seismografer.,
Den rolle, moderne sensorer er at følge den bevægelse af masse, og de kan tage tre former for måling: ændringer i placeringen af masse i forhold til sin “nul” ligevægtsstillingen (forskydning), hastigheden af masse (dvs bevægelse over tid), og endelig en variation i hastighed over tid (dvs acceleration eller deceleration).
optagelse af et seismisk signal (ad Adobe Stock).
nogle typer sensorer er mere passende end andre, afhængigt af hvilken type måling du ønsker at foretage., Induktive sensorer er gearet til måling af hastighed, mens kapacitive sensorer er ideelle til måling af massens position. Insights seis seismometer bruger en ekstremt følsom kapacitiv sensor.
antal akser
da jordbevægelse forekommer i tredimensionelt rum (langs den lodrette akse eller to vandrette akser), skal forskydninger registreres ved hjælp af tre separate pendler. Dette er den eneste måde, hvorpå seismisk aktivitet kan dokumenteres grundigt.
sofistikerede seismometre måler normalt alle tre akser, en for hver retning i rummet., Enkle seismometre med en akse måler normalt kun lodret bevægelse; vandret overfladebevægelse ignoreres, da den ikke måles.
seis-instrumentet, der er designet til at flyve ombord InSight til Mars, er et tre-akset seismometer. En interessant detalje er, at seismometerets tre akser ikke er på linje med det vandrette og lodrette, hvilket måske ville være “logisk”.
selv om hver af SEIS ‘ tre akser er placeret i en vinkel på 90° i forhold til de andre, er hele aggregatet skråtstillet med ca.30,5. i forhold til den vandrette akse., Der er mange, undertiden komplekse, grunde til dette, men for at forenkle tingene, lad os bare sige, at en sådan konfiguration minimerer effekten af støj.
et seismometers følsomhed afhænger af forholdet mellem det seismiske signal, du ønsker at registrere, og de forskellige forstyrrelser, der forstyrrer dette signal. Denne” støj”, der kan gå så langt som at forhindre målinger, ligner den sneeffekt, du kan se på en TV-skærm.
den 30.,5 angle angle of InSight ‘ s meget bredbånd (VBB) penduler svarer til en vinkel, hvor den lodrette komponent måles med den bedste følsomhed i forhold til instrumentets egen støj. Drikkepenge det i retning af den vandrette akse, ville reducere amplituden af den lodrette acceleration, samtidig vælter det væk ville øge instrumentets egen støj, med stigende svingninger, der fører til et tab i den lange periode følsomhed.,
ideelle opsætningsbetingelser
et af de problemer, man skal møde, når man bruger et seismometer, er, hvordan man sikrer, at det optimalt kan overvåge en vibration, selv når vibrationen varer lang tid, fra minutter til timer.definition ekstremt følsomme og registrerer alt, hvad der foregår omkring dem, uanset om de er seismiske eller ej. Imidlertid kan den mindste drift af enhver art forhindre et seismometer i at fortsætte med at overvåge og plotte en vibration, især hvis sidstnævnte er en langvarig begivenhed (optagelsen af kortvarige begivenheder er lettere at håndtere).,
geofysikere lægger stor vægt på den måde, seismometre er oprettet på. Uanset hvor følsomt et instrument er, vil det kun give gode resultater, hvis det er konfigureret korrekt.
seismometre er generelt placeret på meget hårde overflader såsom granit eller betonplader. Overfladen skal være så flad og så vandret som muligt.
ideelt set skal det valgte sted være stille. Det er ikke en god id.at sætte et seismometer op ved siden af en vej eller i nærheden af en metrostation. Temperaturen er også meget vigtig., Det skal være så stabilt som muligt, da enhver variation kan påvirke seismometermekanikken, især den kraft, der genereres af fjederen på massen.
på jorden opstilles seismometre fortrinsvis i gruber eller aksler i tidligere miner, hundreder af meter under overfladen. Disse er gode placeringer, da de giver ideelle driftsforhold.
kilderne til forstyrrende støj, som forplantes meget let nær overfladen (såsom den kontinuerlige Brum af menneskelige aktiviteter, havets konstante brøl og atmosfærisk turbulens), reduceres så vidt muligt., Med hensyn til temperatur er det utroligt og naturligt stabilt. Det roligste sted i Europa er i Sch .ar..ald, i arbejdet i en tidligere mine. Temperaturen der varierer kun med et par tusindedele af en grad om året!
en gang på et ideelt sted kan et seismometer føle og overvåge enhver seismisk bølge, hvad enten den er meget kort eller tværtimod varer et spørgsmål om minutter eller endda timer.
seismiske bølgekilder
et seismometer er designet til at registrere seismiske bølger., På jorden er disse bølger hovedsageligt forårsaget af jordskælv, der regelmæssigt og undertiden kraftigt ryster visse dele af verden, hvilket forårsager store skader afhængigt af mængden af energi, de bærer.
bortset fra store jordskælv, der skaber avisoverskrifter, udsættes jordoverfladen konstant for meget små bevægelser, som vi ikke registrerer, men som afsløres på seismogrammer.
vores planet kan faktisk fungere som en klokke, og når visse begivenheder opstår, kan endda resonere i rytme., Jorden producerer derefter sin egen musik, en tellurisk melodi, der er umærkelig for vores ører, men som kan hentes af de mest følsomme seismometre.
uanset Om de seismiske bølger er blevet udgivet i forbindelse med større seismisk aktivitet, der ryster visse regioner af verden, eller om de er netop på grund af den umærkelige svingninger af vores planet, geophysicists bruge enhver lejlighed til at udvide vores viden om Jordens indre.
et seismometer er snarere som en læges stetoskop., Ved at bestemme, hvordan seismiske bølger forplantes inden for vores planet, afhængigt af hvordan de reflekteres eller brydes af materialerne, der udgør planetens indre struktur, hvad enten det er sten eller metal, bliver det muligt at konstruere et billede.
Passiv og aktiv klingende
Når det er nødvendigt at studere en bestemt sub-areal når efterforskning efter olie, for eksempel, du kan ikke altid regne med, at et jordskælv på det rigtige tidspunkt. Seismisk aktivitet forekommer ikke efter behov.,
der er to løsninger i dette tilfælde: enten lytter du i lange perioder i håb om, at seismisk aktivitet vil generere seismiske bølger som input til seismometrene (dette er den løsning, der er valgt til InSight-missionen, som vil vare to jordår), eller du opretter dine egne vibrationer. Den første er kendt som passiv lyd, den anden som aktiv lyd.
på jorden skaber olieprospektorer regelmæssigt kunstige seismiske bølger ved hjælp af forskellige midler, fra eksploderende dynamit til udløsning af luftpistoler eller ved hjælp af lastbiler udstyret med tunge vibrerende plader., Denne teknik blev også brugt på Månen. Eksplosive ladninger blev udløst for at skabe seismiske bølger, der derefter blev optaget af geofoner oprettet på overfladen af astronauterne i Apollo 14, 16 og 17 missioner.
I rummet sektor, geophysicists har mange underholdende måder at gøre støj: de kan bevidst sende det øverste trin af en raket på kollisionskurs, når det har afsluttet sin levetid, eller, langs de samme linjer, crash en forældet rumfartøjer i overfladen af en planet.,
på Mars kan disse noget brutale teknikker ikke anvendes, fordi forskere ønsker at undgå at forurene overfladen med genstande, der ikke tidligere er blevet steriliseret. Indsigt og SEIS instrument vil ikke have andet valg dengang, men at stole på deres held i lodtrækningen, selv om penetrator af Heat-Flow og Fysiske Egenskaber Pakke (HP3) vil blive brugt til en lille aktiv seismologi eksperiment, ikke er stærke nok til at lyde mere end et par dusin meter under Mars ‘ overflade.