een seismometer is een apparaat dat gevoelig is voor trillingen. Het werkt volgens het principe van een slinger: een zware, inerte massa met een bepaalde weerstand tegen beweging (dwz traagheid) als gevolg van zijn gewicht wordt opgehangen aan een frame door een veer die beweging mogelijk maakt. De energie van elke seismische activiteit prikkelt deze” bewijs massa ” zoals het wordt genoemd door geofysici, waardoor het trilt.
wat beweegt er eigenlijk? Dat hangt van je standpunt af!,
Deze weergave van een mobiele massa is geldig als u van mening bent dat het frame waaraan de massa is bevestigd—en dat stevig aan de grond is bevestigd—niet beweegt. Echter, wanneer een aardbeving optreedt, of een tremor wordt veroorzaakt door enige vorm van schok, is het eigenlijk de grond—en dus het frame eraan vast—dat beweegt!
Als u uw gezichtspunt verandert en naar de massa kijkt, kunnen we overwegen dat wanneer een tremor optreedt, de massa—die door zijn gewicht traagheid heeft—pas na een bepaalde tijd zal bewegen, terwijl het frame zal bewegen in overeenstemming met de grondbeweging.,
naast de massa, de veer en het frame heeft een seismometer een apparaat nodig om de beweging van de massa ten opzichte van het frame constant te registreren. Dit is een centraal onderdeel van de seismische sensor en het verschil tussen seismometertechnologieën, omdat sommigen De snelheid van de massa en andere de verplaatsing ervan meten. In beide gevallen wordt de opname die de grondbeweging in de loop van de tijd toont, een seismogram genoemd.
een nog eenvoudiger techniek om dit signaal weer te geven bestaat erin een pen aan de slinger te bevestigen. De pen raakt een rol papier dat rond een roterende trommel is gewikkeld., Dit staat bekend als een seismograaf, een instrument dat het signaal direct in kaart brengt in plaats van het in digitale vorm op te nemen.
eenvoudige slingers en omgekeerde slingers
werkingsprincipe van een seismometer (© Adobe Stock).
de eerste seismometers die werden ontwikkeld, waren gebaseerd op een eenvoudige slinger waarin de bewegende massa verticaal aan een frame wordt opgehangen.
om de gevoeligheid te verhogen, werd dit type apparaat vervolgens ondersteboven gemonteerd, daarom is het bekend als een omgekeerde slinger. In dit geval ligt het zwaartepunt van de slinger boven het draaipunt.,
In tegenstelling tot het eerste ontwerp is dit samenstel van nature onstabiel en de minste verstoring zal ervoor zorgen dat de massa het evenwichtspunt verlaat en naar links of rechts beweegt als de zwaartekracht het naar beneden aantrekt.
de inherente instabiliteit van een omgekeerde slinger is niettemin wat dit apparaat doet reageren op de geringste beweging, hoe klein ook. Zoals u later zult zien, is het seis-instrument van het InSight-ruimtevaartuig gebaseerd op het principe van de omgekeerde slinger.,
het uitzetten van een seismogram
De seismometer levert gegevens als een seismogram, dat een registratie is van de grootte van de grondbeweging in de tijd, waarbij regelmatig de afstand wordt gemeten tussen de positie van de massa en het frame waaraan het is bevestigd, ten opzichte van een evenwichtspositie, d.w.z. wanneer het apparaat in rust is zonder seismische activiteit.
historisch gezien werden de eerste seismogrammen gemaakt met basismiddelen: een metalen naald bevestigd aan een mobiele massa liet een spoor van zijn bewegingen achter op papier bedekt met roet., Later werd de naald vervangen door een inktpen die bewegingen op een roterende rol papier registreerde. Tegenwoordig, in het digitale tijdperk, bieden seismometers digitale signalen die door computers worden geregistreerd. De seismometers die door de Apollo-missies naar de maan werden gevlogen, behoorden tot de eerste van dit soort, omdat zelfs in het begin van de jaren zeventig de meeste seismische stations op aarde nog steeds uitgerust waren met seismografen.,
de rol van moderne sensoren is om de beweging van de massa te volgen, en ze kunnen drie soorten metingen uitvoeren: veranderingen in de positie van de massa ten opzichte van zijn “nul” evenwichtspositie (verplaatsing), snelheid van de massa (beweging in de tijd), en tenslotte een variatie in snelheid in de tijd (versnelling of vertraging).
opname van een seismisch signaal (© Adobe Stock).
sommige soorten sensoren zijn geschikter dan andere, afhankelijk van het type meting dat u wilt uitvoeren., Inductieve sensoren zijn afgestemd op het meten van snelheid, terwijl capacitieve sensoren ideaal zijn voor het meten van de positie van de massa. De seis-seismometer van InSight maakt gebruik van een extreem gevoelige capacitieve sensor.
Aantal assen
aangezien de grondbeweging plaatsvindt in de driedimensionale ruimte (langs de verticale as of twee horizontale assen), moeten verplaatsingen worden geregistreerd met behulp van drie afzonderlijke slingers. Dit is de enige manier waarop seismische activiteit uitgebreid kan worden gedocumenteerd.
geavanceerde seismometers meten gewoonlijk alle drie assen, één voor elke richting in de ruimte., Eenvoudige seismometers met één as meten meestal alleen verticale beweging; horizontale oppervlaktemoties worden genegeerd omdat ze niet worden gemeten.
het seis-instrument dat ontworpen is om aan boord van InSight naar Mars te vliegen is een drieassige seismometer. Een interessant detail is dat de drie assen van de seismometer niet uitgelijnd zijn met de horizontale en verticale, wat misschien “logisch”zou zijn.
hoewel elk van de drie assen van SEIS onder een hoek van 90° ten opzichte van de andere ligt, is het gehele samenstel ongeveer 30,5° hellend ten opzichte van de horizontale as., Er zijn vele, soms complexe, redenen hiervoor, maar om de zaken te vereenvoudigen, laten we gewoon zeggen dat een dergelijke configuratie het effect van ruis minimaliseert.
de gevoeligheid van een seismometer hangt af van de relatie tussen het seismische signaal dat u wilt registreren en de verschillende storingen die dit signaal verstoren. Deze “ruis”, die zo ver kan gaan om metingen te voorkomen, is vergelijkbaar met het sneeuweffect dat je kunt zien op een televisiescherm.
De 30.,5 ° angle of InSight ‘ s Very BroadBand (VBB) slingers komen overeen met een hoek waarbij de verticale component wordt gemeten met de beste gevoeligheid ten opzichte van het eigen geluid van het instrument. Kantelen in de richting van de horizontale as zou de amplitude van verticale versnelling verminderen, terwijl kantelen het weg zou verhogen van het instrument zelf-ruis, met toenemende oscillatie leidt tot een verlies van langdurige gevoeligheid.,
ideale instelomstandigheden
bij het gebruik van een seismometer moet worden nagegaan hoe een trilling optimaal kan worden bewaakt, zelfs wanneer de trilling lang duurt, van minuten tot uren.
Seismometers zijn per definitie extreem gevoelig en registreren alles wat er om hen heen gebeurt, ongeacht of ze seismisch zijn of niet. Echter, de geringste drift van welke aard dan ook kan voorkomen dat een seismometer een trilling blijft volgen en plotten, vooral als de laatste een gebeurtenis van lange duur is (het opnemen van gebeurtenissen van korte duur is gemakkelijker te hanteren).,
geofysici hechten veel belang aan de manier waarop seismometers worden opgezet. Hoe gevoelig een instrument ook is, het zal alleen goede resultaten opleveren als het correct is opgezet.
Seismometers worden over het algemeen op zeer harde oppervlakken geplaatst, zoals graniet-of betonplaten. Het oppervlak moet zo vlak en horizontaal mogelijk zijn.
idealiter moet de gekozen plaats stil zijn. Het is geen goed idee om een seismometer naast een weg of in de buurt van een metrostation te plaatsen. Temperatuur is ook erg belangrijk., Het moet zo stabiel mogelijk zijn, aangezien elke variatie de mechanica van de seismometer kan beïnvloeden, met name de kracht die door de veer op de massa wordt gegenereerd.
op aarde worden seismometers bij voorkeur opgesteld in de putten of schachten van voormalige mijnen, honderden meters onder het oppervlak. Dit zijn goede locaties omdat ze ideale werkomstandigheden bieden.
de bronnen van storende geluidsoverlast, die zich zeer gemakkelijk in de buurt van het oppervlak verspreiden (zoals het voortdurende gezoem van menselijke activiteiten, het constante gebrul van de oceanen en atmosferische turbulentie), worden zoveel mogelijk verminderd., Wat betreft temperatuur, het is ongelooflijk en van nature stabiel. De rustigste plek van Europa ligt in het Zwarte Woud, in de werking van een voormalige mijn. De temperatuur varieert daar slechts enkele duizendsten van een graad per jaar!
eenmaal op een ideale locatie kan een seismometer elke seismische Golf voelen en monitoren, of deze nu zeer kort is of, integendeel, een kwestie van minuten of zelfs uren duurt.
seismische golfbronnen
een seismometer is ontworpen om seismische golven te registreren., Op aarde worden deze golven voornamelijk veroorzaakt door aardbevingen die regelmatig en soms met kracht bepaalde delen van de wereld schudden, en grote schade veroorzaken, afhankelijk van de hoeveelheid energie die ze dragen.
afgezien van grote aardbevingen die krantenkoppen halen, is het aardoppervlak voortdurend onderhevig aan zeer kleine bewegingen die we niet detecteren, maar die worden onthuld op seismogrammen.onze planeet kan eigenlijk als een klok fungeren, en wanneer bepaalde gebeurtenissen zich voordoen, kan het zelfs in ritme resoneren., De aarde produceert dan haar eigen muziek, een tellurische melodie die voor onze oren onmerkbaar is, maar die door de meest gevoelige seismometers kan worden opgepikt.of de seismische golven zijn vrijgekomen tijdens grote seismische activiteit die bepaalde gebieden van de wereld doet schudden of dat ze alleen te wijten zijn aan de onmerkbare trillingen van onze planeet, geofysici gebruiken elke gelegenheid om onze kennis van het binnenste van de aarde te verbreden.
een seismometer lijkt op een stethoscoop van een arts., Door te bepalen hoe seismische golven zich binnen onze planeet voortplanten, afhankelijk van hoe ze worden gereflecteerd of gebroken door de materialen die deel uitmaken van de inwendige structuur van de planeet, of het nu rotsen of metaal is, wordt het mogelijk om een beeld te construeren.
passieve en actieve peiling
wanneer het nodig is om een bepaalde ondergrond te bestuderen bij de prospectie van olie, bijvoorbeeld, kunt u niet altijd rekenen op een aardbeving op het juiste moment. Seismische activiteit vindt niet op aanvraag plaats.,er zijn twee oplossingen in dit geval: ofwel je luistert lange tijd in de hoop dat seismische activiteit seismische golven zal genereren als input voor de seismometers (dit is de oplossing die gekozen is voor de InSight missie, die twee aardse jaren zal duren), ofwel je creëert je eigen vibraties. De eerste staat bekend als passief klinkend, de tweede als actief klinkend.op aarde creëren oliezoekers regelmatig kunstmatige seismische golven met behulp van verschillende middelen, van het exploderen van dynamiet tot het activeren van luchtpistolen of het gebruik van vrachtwagens met zware Trilplaten., Deze techniek werd ook gebruikt op de maan. Explosieve ladingen werden geactiveerd om seismische golven te creëren die vervolgens werden geregistreerd door geofonen die op het oppervlak werden opgesteld door de astronauten van de Apollo 14, 16 en 17 missies.in de ruimtevaartsector hebben geofysici veel vermakelijke manieren om lawaai te maken: ze kunnen doelbewust de bovenste trap van een raket op een botsingskoers sturen zodra deze zijn nuttige levensduur heeft beëindigd of, op dezelfde manier, een verouderd ruimtevaartuig op het oppervlak van een planeet laten neerstorten.,
op Mars kunnen deze enigszins brute technieken niet worden toegepast omdat wetenschappers willen voorkomen dat het oppervlak wordt verontreinigd met objecten die niet eerder zijn gesteriliseerd. InSight en het seis instrument hebben dan geen andere keuze dan te rekenen op hun geluk van de trekking, hoewel de penetrator van het Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) zal worden gebruikt voor een klein actief seismologisch experiment, niet krachtig genoeg om meer dan een paar dozijn meter onder het oppervlak van Mars te klinken.