a szeizmométer olyan eszköz, amely érzékeny a rezgésekre. Az inga elvén működik: egy nehéz, inert tömeg, amely bizonyos mozgási ellenállással (azaz tehetetlenséggel) a súlya miatt felfüggeszti a keretet egy rugóval, amely lehetővé teszi a mozgást. Bármely szeizmikus tevékenység energiája izgatja ezt a “bizonyítási tömeget”, ahogyan azt a geofizikusok hívják, így rezeg.
mi mozog valójában? Ez az Ön nézőpontjától függ!,
a mobil tömegnek ez a nézete akkor érvényes, ha figyelembe vesszük, hogy a keret, amelyhez a tömeg csatlakozik—és amely szilárdan rögzítve van a talajhoz—nem mozog. Amikor azonban földrengés történik, vagy bármilyen sokk remegést okoz, valójában a talaj—tehát a hozzá csatolt keret—mozog!
Ha megváltoztatja a nézőpontját, és megnézi a tömeget, akkor azt gondolhatjuk, hogy amikor remegés következik be, a tömeg—amelynek tehetetlensége a súlya miatt van—csak egy bizonyos idő elteltével mozog, míg a keret a földi mozgással összhangban mozog.,
a tömeg, a rugó és a keret mellett a szeizmométernek szüksége van egy eszközre, amely folyamatosan rögzíti a tömeg mozgását a kerethez képest. Ez a szeizmikus érzékelő központi része, valamint a szeizmométer technológiák közötti különbség, mivel egyesek mérik a tömeg sebességét, mások pedig elmozdulását. Mindkét esetben, a felvétel, amely azt mutatja, földi mozgás idővel ismert, mint egy szeizmogram.
egy még egyszerűbb technika, amely ezt a jelet képviseli, egy tollnak az ingához való rögzítéséből áll. A toll egy forgó dob körül tekercselt papírtekercset érint., Ez az úgynevezett szeizmográf, olyan eszköz, amely közvetlenül a jelet ábrázolja, ahelyett, hogy digitális formában rögzítené.
egyszerű pendulumok és fordított pendulumok
szeizmométer működési elve (©Adobe Stock).
az első kifejlesztett szeizmométerek egy egyszerű ingán alapultak, amelyben a mozgó tömeget függőlegesen felfüggesztik a keretből.
az érzékenység növelése érdekében ezt a típusú eszközt fejjel lefelé szerelték fel, ezért fordított inga néven ismert. Ebben az esetben az inga tömegközéppontja a forgáspont felett van.,
Az első kialakítással ellentétben ez a szerelvény természetesen instabil, és a legkisebb zavar miatt ez a tömeg elhagyja egyensúlyi pontját, és balra vagy jobbra mozog, ahogy a gravitáció lefelé vonzza.
a fordított inga inherens instabilitása mindazonáltal az, ami ezt a készüléket a legkisebb mozgásra reagál, bár kicsi. Mint később látni fogja, az InSight űrhajó SEIS műszere a fordított inga elvén alapul.,
szeizmogram ábrázolása
a szeizmométer adatokat szolgáltat szeizmogramként, amely rögzíti a földi mozgás nagyságát az idő múlásával, miközben rendszeresen méri a tömeg helyzete és a keret közötti eltolást, amelyhez kapcsolódik, egyensúlyi helyzethez viszonyítva, azaz amikor a készülék szeizmikus aktivitás hiányában nyugalomban van.
történelmileg az első szeizmogramokat alapvető eszközökkel állították elő: a mozgó tömeghez rögzített fém tű a koromba borított papírra hagyta mozgásának nyomát., Később a tűt egy tintatoll váltotta fel, amely mozgásokat rögzített egy forgó papírtekercsen. Manapság a digitális korban a szeizmométerek digitális jeleket biztosítanak a számítógépek által. Az Apollo küldetések által a Holdra repült szeizmométerek az elsők között voltak, mert még az 1970-es évek elején a Föld legtöbb szeizmikus állomását még mindig szeizmográfokkal szerelték fel.,
a modern érzékelők szerepe a tömeg mozgásának követése, és háromféle mérést végezhetnek: a tömeg helyzetének változása a “nulla” egyensúlyi helyzetéhez (elmozdulás), a tömeg sebessége (azaz az idő múlásával történő mozgás), végül a sebesség változása az idő múlásával (azaz gyorsulás vagy lassulás).
szeizmikus jel rögzítése (© Adobe Stock).
bizonyos típusú érzékelők megfelelőbbek, mint mások, attól függően, hogy milyen típusú mérést szeretne elvégezni., Az induktív érzékelők a sebesség mérésére szolgálnak, míg a kapacitív érzékelők ideálisak a tömeg helyzetének mérésére. Az InSight SEIS szeizmométere rendkívül érzékeny kapacitív érzékelőt használ.
tengelyek száma
mivel a földmozgás háromdimenziós térben történik (függőleges tengely vagy két vízszintes tengely mentén), az elmozdulásokat három különálló Pendulum segítségével kell rögzíteni. Ez az egyetlen módja annak, hogy a szeizmikus aktivitás átfogóan dokumentálható legyen.
a kifinomult szeizmométerek általában mindhárom tengelyt mérik, egyet az űr minden irányához., Az egyszerű egytengelyes szeizmométerek általában csak a függőleges mozgást mérik; a vízszintes felületi mozgást figyelmen kívül hagyják, mivel nem mérik.
az InSight Marsra való felszállására tervezett SEIS műszer egy háromtengelyes szeizmométer. Érdekes részlet, hogy a szeizmométer három tengelye nem igazodik a vízszinteshez és a függőlegeshez, ami talán “logikus”lenne.
bár a SEIS mindhárom tengelye 90° – os szögben helyezkedik el a többiekhez képest, az egész szerelvény körülbelül 30,5° – kal hajlik a vízszintes tengelyhez képest., Ennek sok, néha összetett oka van, de az ügyek egyszerűsítése érdekében csak azt mondjuk, hogy egy ilyen konfiguráció minimalizálja a zaj hatását.
a szeizmométer érzékenysége a rögzíteni kívánt szeizmikus jel és a jelet zavaró különböző zavarok közötti kapcsolattól függ. Ez a “zaj”, amely a mérések megakadályozásához vezethet, hasonló a hóhatáshoz, amelyet a televízió képernyőjén láthat.
A 30.,Az InSight nagyon szélessávú (VBB) függőinek 5° – os szöge egy olyan szögnek felel meg, ahol a függőleges komponenst a készülék saját zajához viszonyítva a legjobb érzékenységgel mérik. A vízszintes tengely felé történő billentés csökkentené a függőleges gyorsulás amplitúdóját, míg az elmozdulás növelné a műszer önzaját, a növekvő oszcilláció pedig a hosszú távú érzékenység elvesztéséhez vezet.,
ideális beállítási feltételek
a szeizmométer használata során felmerülő egyik kérdés az, hogy hogyan lehet optimálisan ellenőrizni a rezgést akkor is, ha a rezgés hosszú ideig tart, percről órára.
A Szeizmométerek definíció szerint rendkívül érzékenyek, rögzítve mindazt, ami körülöttük zajlik, akár szeizmikus, akár nem. A legkisebb sodródás azonban megakadályozhatja, hogy a szeizmométer továbbra is figyelemmel kísérje és ábrázolja a rezgést, különösen, ha ez utóbbi hosszú távú esemény (a rövid távú események rögzítése könnyebben kezelhető).,
a geofizikusok nagy jelentőséget tulajdonítanak a szeizmométerek beállításának. Bármennyire is érzékeny egy eszköz, csak akkor ad jó eredményeket, ha helyesen van beállítva.
A Szeizmométereket általában nagyon kemény felületekre, például gránitra vagy betonlapokra helyezik. A felületnek a lehető legegyenletesebbnek és vízszintesebbnek kell lennie.
ideális esetben a kiválasztott helynek csendesnek kell lennie. Nem jó ötlet szeizmométert felállítani egy út mellett vagy egy földalatti vasútállomás közelében. A hőmérséklet is nagyon fontos., A lehető legstabilabbnak kell lennie, mivel bármely variáció befolyásolhatja a szeizmométer mechanikáját, különösen a rugó által a tömegen generált erőt.
a földön a szeizmométereket előnyösen a korábbi bányák gödreiben vagy tengelyeiben állítják fel, több száz méterrel a felszín alatt. Ezek jó helyek, mivel ideális működési feltételeket biztosítanak.
az interferáló zaj forrásai, amelyek nagyon könnyen terjednek a felszín közelében (például az emberi tevékenységek folyamatos zümmögése, az óceánok állandó ordítása, légköri turbulencia), a lehető legnagyobb mértékben csökkennek., Ami a hőmérsékletet illeti, hihetetlenül és természetesen stabil. Európa legcsendesebb helyszíne a Fekete-erdőben van, egy korábbi bánya működésében. A hőmérséklet csak néhány ezred fokkal változik évente!
egy ideális helyen a szeizmométer bármilyen szeizmikus hullámot érzékelhet és megfigyelhet, akár nagyon rövid, akár éppen ellenkezőleg, percek vagy akár órák Alatt.
szeizmikus hullámforrások
a szeizmométert szeizmikus hullámok rögzítésére tervezték., A Földön ezeket a hullámokat elsősorban olyan földrengések okozzák, amelyek rendszeresen, néha erőteljesen rázzák a világ egyes részeit, jelentős károkat okozva az általuk szállított energia mennyiségétől függően.
az újságcímeket készítő nagy földrengések mellett a Föld felszíne folyamatosan nagyon kis mozgásoknak van kitéve, amelyeket nem észlelünk, de amelyeket a szeizmogramokon feltárnak.
bolygónk valóban úgy viselkedik, mint egy harang, és amikor bizonyos események bekövetkeznek, akár ritmusban is rezonálhat., A Föld ezután saját zenét állít elő, egy fülünk számára észrevehetetlen tellurikus dallamot, amelyet a legérzékenyebb szeizmométerek képesek felvenni.
Hogy a szeizmikus hullámok már megjelent során jelentős szeizmikus aktivitás, hogy reng a világ egyes részein, vagy attól, hogy csak a miatt, hogy a láthatatlan rezgések bolygónk, geophysicists használni minden lehetőséget, hogy bővítse a tudás, a Föld belsejében.
a szeizmométer inkább olyan, mint egy orvos sztetoszkópja., Annak meghatározásával, hogy a szeizmikus hullámok miként terjednek bolygónkon belül, attól függően, hogy a bolygó belső szerkezetét alkotó anyagok hogyan tükrözik vagy törik meg őket, akár kőzetek, akár Fémek, lehetővé válik egy kép létrehozása.
passzív és aktív hangzás
amikor egy adott felszín alatti területet kell tanulmányozni az olaj kutatásakor, például nem mindig számíthat földrengésre a megfelelő időben. A szeizmikus aktivitás nem igény szerint történik.,
ebben az esetben két megoldás létezik: vagy hosszú ideig hallgat, abban a reményben, hogy a szeizmikus aktivitás szeizmikus hullámokat generál a szeizmométerek bemeneteként (ez a megoldás az InSight küldetéshez, amely két Föld évig tart), vagy saját rezgéseket hoz létre. Az első passzív hangzás, a második aktív hangzás.
a Földön az olajkutatók rendszeresen mesterséges szeizmikus hullámokat hoznak létre különböző eszközökkel, a felrobbanó dinamittól a légpuskák kiváltásáig vagy a nehéz vibráló lemezekkel felszerelt teherautók használatáig., Ezt a technikát a Holdon is használták. Robbanótöltetek hatására szeizmikus hullámok keletkeztek, amelyeket azután az Apollo-14, 16 és 17 küldetések űrhajósai a felszínen felállított geofónok rögzítettek.
az űrszektorban a geofizikusoknak számos szórakoztató módja van a zajnak: szándékosan elküldhetik a rakéta felső szakaszát ütközési pályán, miután befejezte hasznos élettartamát, vagy ugyanazon vonalak mentén összeomlik egy elavult űrhajó a bolygó felszínére.,
a Marson ezek a kissé brutális technikák nem alkalmazhatók, mert a tudósok el akarják kerülni a felület szennyeződését olyan tárgyakkal, amelyeket korábban nem sterilizáltak. Bepillantást a SEIS eszköz lesz más választásom, akkor de, hogy számít a szerencse kérdése, annak ellenére, hogy a penetrációs a Hő Áramlását, mind Fizikai Tulajdonságok Csomag (HP3) felhasználásra kerül egy kis aktív szeizmológiai kísérlet, nem elég erős ahhoz, hogy a hang több, mint néhány tucat méterre van a Mars felszíne alatt.