un sismómetro es un dispositivo sensible a las vibraciones. Funciona según el principio de un péndulo: una masa pesada e inerte con cierta resistencia al movimiento (es decir, inercia) debido a su peso está suspendida de un marco por un resorte que permite el movimiento. La energía de cualquier actividad sísmica excita esta «masa de prueba» como la llaman los geofísicos, haciéndola vibrar.
¿qué se mueve realmente? Eso depende de tu punto de vista!,
esta visión de una masa móvil es válida si se considera que el marco al que está unida la masa—y que está firmemente fijado al suelo—no se mueve. Sin embargo, cuando se produce un terremoto, o un temblor es producido por cualquier tipo de choque, en realidad es el suelo—y por lo tanto el marco unido a él—que se mueve!
si Cambia su punto de vista y mira la masa, podemos considerar que cuando se produce un temblor, la masa—que tiene inercia debido a su peso—solo se moverá después de un cierto tiempo, mientras que el marco se moverá de acuerdo con el movimiento del suelo.,
además de la masa, el resorte y el marco, un sismómetro necesita un dispositivo para registrar constantemente el movimiento de la masa en relación con el marco. Esta es una parte central del sensor sísmico y la diferencia entre las tecnologías sismométricas, ya que algunas miden la velocidad de la masa y otras su desplazamiento. En ambos casos, la grabación que muestra el movimiento del suelo a lo largo del tiempo se conoce como sismograma.
una técnica aún más simple para representar esta señal consiste en unir un bolígrafo al péndulo. La pluma toca un rollo de papel enrollado alrededor de un tambor giratorio., Esto se conoce como sismógrafo, un instrumento que traza directamente la señal en lugar de registrarla en forma digital.
péndulos simples y péndulos invertidos
principio de funcionamiento de un sismómetro (©Adobe Stock).
los primeros sismómetros desarrollados se basaron en un péndulo simple en el que la masa en movimiento está suspendida verticalmente de un marco.
para aumentar la sensibilidad, este tipo de dispositivo se montó boca abajo, por lo que se conoce como péndulo invertido. En este caso, el Centro de masa del péndulo está por encima del punto de pivote.,
a diferencia del primer diseño, este conjunto es naturalmente inestable y la menor perturbación hará que la masa deje su punto de equilibrio y se mueva hacia la izquierda o hacia la derecha a medida que la gravedad la atrae hacia abajo.
la inestabilidad inherente de un péndulo invertido, sin embargo, es lo que hace que este dispositivo reaccione al más mínimo movimiento, por pequeño que sea. Como verán más adelante, el instrumento seis de la nave espacial InSight se basa en el principio del péndulo invertido.,
trazar un sismograma
el sismómetro proporciona datos como un sismograma, que es un registro de la magnitud del movimiento del suelo a lo largo del tiempo mientras mide regularmente el desplazamiento entre la posición de la masa y el marco al que está unido, en relación con una posición de equilibrio, es decir, cuando el dispositivo está en reposo en ausencia de actividad sísmica.
históricamente, los primeros sismogramas se producían por medios básicos: una aguja metálica unida a una masa móvil dejaba un rastro de sus movimientos en un papel cubierto de hollín., Más tarde, la aguja fue reemplazada por una pluma de tinta que registraba los movimientos en un rollo de papel giratorio. Hoy en día, en la era digital, los sismómetros proporcionan señales digitales registradas por computadoras. Los sismómetros volados a la Luna por las misiones Apolo estaban entre los primeros de este tipo, porque incluso a principios de la década de 1970, la mayoría de las estaciones sísmicas en la Tierra todavía estaban equipadas con sismógrafos.,
el papel de los sensores modernos es seguir el movimiento de la masa, y pueden tomar tres tipos de medición: cambios en la posición de la masa relativa a su posición de equilibrio «cero» (desplazamiento), velocidad de la masa (es decir, movimiento en el tiempo), y finalmente una variación en la velocidad en el tiempo (es decir, aceleración o desaceleración).
Grabación de una señal sísmica (© Adobe Stock).
algunos tipos de sensores son más apropiados que otros, dependiendo del tipo de medición que desee realizar., Los sensores inductivos están diseñados para medir la velocidad, mientras que los sensores capacitivos son ideales para medir la posición de la masa. El sismómetro seis de InSight utiliza un sensor capacitivo extremadamente sensible.
número de ejes
como el movimiento del suelo ocurre en el espacio tridimensional (a lo largo del eje vertical o dos ejes horizontales), los desplazamientos deben registrarse utilizando tres péndulos separados. Esta es la única forma en que la actividad sísmica puede documentarse de manera exhaustiva.
Los sismómetros sofisticados suelen medir los tres ejes, uno para cada dirección en el espacio., Los sismómetros simples de un eje generalmente solo miden el movimiento vertical; el movimiento de la superficie horizontal se ignora ya que no se mide.
El SEIS instrumento diseñado para volar a bordo del InSight A Marte es un sismómetro de tres ejes. Un detalle interesante es que los tres ejes del sismómetro no están alineados con el horizontal y el vertical, lo que quizás sería «lógico».
aunque cada uno de los tres ejes de SEIS está posicionado en un ángulo de 90° con respecto a los demás, todo el conjunto está inclinado aproximadamente 30,5° con respecto al eje horizontal., Hay muchas razones, a veces complejas, para esto, pero para simplificar las cosas, digamos que tal configuración minimiza el efecto del ruido.
la sensibilidad de un sismómetro depende de la relación entre la señal sísmica que desea registrar y las diversas perturbaciones que interfieren con esta señal. Este «ruido», que puede llegar tan lejos como para impedir las mediciones, es similar al efecto de nieve que se puede ver en una pantalla de televisión.
El 30.,El ángulo de 5° de los péndulos de banda muy ancha (VBB) de InSight corresponde a un ángulo donde el componente vertical se mide con la mejor sensibilidad en relación con el propio ruido del instrumento. Inclinarlo hacia el eje horizontal reduciría la amplitud de la aceleración vertical, mientras que inclinarlo hacia otro lado aumentaría el auto-ruido del instrumento, con el aumento de la oscilación que conduce a una pérdida en la sensibilidad de largo período.,
condiciones ideales de configuración
uno de los problemas a los que se debe hacer frente cuando se utiliza un sismómetro es Cómo garantizar que pueda monitorear de manera óptima una vibración incluso cuando la vibración dura mucho tiempo, desde minutos hasta horas.
los sismómetros son por definición extremadamente sensibles, registrando todo lo que está sucediendo a su alrededor, ya sea sísmico o no. Sin embargo, la más mínima deriva de cualquier tipo puede evitar que un sismómetro continúe monitoreando y trazando una vibración, especialmente si esta última es un evento de largo período (el registro de eventos de corto período es más fácil de manejar).,
los geofísicos dan gran importancia a la forma en que se configuran los sismómetros. Por sensible que sea un instrumento, solo dará buenos resultados si está configurado correctamente.
los sismómetros generalmente se colocan en superficies muy duras como granito o losas de concreto. La superficie debe ser lo más plana y horizontal posible.
idealmente, el lugar elegido debe ser tranquilo. No es una buena idea instalar un sismómetro al lado de una carretera o cerca de una estación de tren subterráneo. La temperatura también es muy importante., Debe ser lo más estable posible, ya que cualquier variación puede afectar la mecánica del sismómetro, especialmente la fuerza generada por el resorte en la masa.
en la Tierra, los sismómetros se instalan preferiblemente en los pozos o pozos de antiguas minas, a cientos de metros por debajo de la superficie. Estas son buenas ubicaciones, ya que proporcionan condiciones de funcionamiento ideales.
las fuentes de ruido interferente, que se propagan muy fácilmente cerca de la superficie (como el zumbido continuo de las actividades humanas, el rugido constante de los océanos y la turbulencia atmosférica), se reducen en la medida de lo posible., En cuanto a la temperatura, es increíblemente y naturalmente estable. El sitio más tranquilo de Europa está en la Selva Negra, en el funcionamiento de una antigua mina. ¡La temperatura allí solo varía en unas pocas milésimas de grado por año!
Una vez en una ubicación ideal, un sismómetro puede sentir y monitorear cualquier onda sísmica, ya sea muy corta o, por el contrario, que dure una cuestión de minutos o incluso horas.
fuentes de ondas sísmicas
un sismómetro está diseñado para registrar ondas sísmicas., En la Tierra, estas olas son causadas principalmente por terremotos que regularmente y a veces con fuerza sacuden ciertas partes del mundo, causando daños importantes dependiendo de la cantidad de energía que transportan.
aparte de los grandes terremotos que aparecen en los titulares de los periódicos, la superficie de la Tierra está constantemente sujeta a movimientos muy pequeños que no detectamos, pero que se revelan en los sismogramas.
nuestro planeta en realidad puede actuar como una campana, y cuando ocurren ciertos eventos, incluso puede resonar en ritmo., La Tierra produce entonces su propia música, una melodía telúrica imperceptible para nuestros oídos pero capaz de ser captada por los sismómetros más sensibles.
ya sea que las ondas sísmicas hayan sido liberadas durante una actividad sísmica importante que sacude ciertas regiones del mundo o si son simplemente debido a las oscilaciones imperceptibles de nuestro planeta, los geofísicos aprovechan todas las oportunidades para ampliar nuestro conocimiento del interior de la Tierra.
un sismómetro es más bien como el estetoscopio de un médico., Al determinar la forma en que las ondas sísmicas se propagan dentro de nuestro planeta, dependiendo de cómo son reflejadas o refractadas por los materiales que componen la estructura interior del planeta, ya sean rocas o metal, se hace posible construir una imagen.
sondeo pasivo y activo
cuando es necesario estudiar un área sub-superficial en particular al momento de la prospección de petróleo, por ejemplo, no siempre se puede contar con un terremoto en el momento adecuado. La actividad sísmica no ocurre bajo demanda.,hay dos soluciones en este caso: o escuchas durante largos períodos de tiempo con la esperanza de que la actividad sísmica genere ondas sísmicas como entrada para los sismómetros (esta es la solución elegida para la misión InSight, que durará dos años terrestres), o creas tus propias vibraciones. El primero se conoce como sonido pasivo, El segundo como sonido activo.
en la Tierra, los buscadores de petróleo crean regularmente ondas sísmicas artificiales utilizando diversos medios, desde la explosión de dinamita hasta el disparo de pistolas de aire o el uso de camiones equipados con pesadas placas vibratorias., Esta técnica también se utilizó en la Luna. Se activaron cargas explosivas para crear ondas sísmicas que luego fueron registradas por geófonos instalados en la superficie por los astronautas de las misiones Apolo 14, 16 y 17.
en el sector espacial, los geofísicos tienen muchas formas entretenidas de hacer ruido: pueden enviar deliberadamente la etapa superior de un cohete a un curso de colisión una vez que ha terminado su vida útil o, en la misma línea, estrellar una nave espacial obsoleta en la superficie de un planeta.,
en Marte, estas técnicas algo brutales no se pueden aplicar porque los científicos desean evitar contaminar la superficie con objetos que no han sido esterilizados previamente. InSight y el instrumento SEIS no tendrán otra opción que contar con su suerte, a pesar de que el penetrador del paquete de flujo de calor y propiedades físicas (HP3) se utilizará para un pequeño experimento de Sismología activa, no lo suficientemente potente como para sonar a más de unas pocas docenas de metros por debajo de la superficie marciana.