9 دقیقه
تکان‌های ماهی که چشم‌انداز قمری را بازآرایی میکنند و خطراتی برای زیرساخت‌ها ایجاد میکنند
تحلیل تازه‌ای از شواهد زمینشناسی در محل فرود آپولو 17 نشان می‌دهد که لرزش‌های مکرر و کم‌دامنه سطح ماه — نه صرفاً برخورد شهاب‌سنگ‌ها — بارها سطح دره «تائوروس-لیترو» را تغییر داده‌اند. این مطالعه که در Science Advances منتشر شده و توسط توماس آر. واترز (دانشمند ارشد بازنشسته اسمیتسونین) و نیکلاس اشمر، زمین‌شناس دانشگاه مریلند، انجام شده است، مشاهدات میدانی از نمونه‌های آپولو را با مدل‌سازی‌های لرزهای مدرن ترکیب می‌کند تا نشان دهد چگونه زلزلههای سطحی کمعمق میتوانند سنگهای بزرگ را جابه‌جا کنند، سُرشکستگی دامنه ایجاد کنند و مأموریت‌های طولانی‌مدت را در معرض خطر قرار دهند.
با بهره‌گیری از توزیع سنگ‌ها و رسوبات ریزش دامنه که فضانوردان آپولو 17 نمونه‌برداری کردند، تیم پژوهشی اندازه و منبع رخدادهای لرزهای که موجب جابه‌جایی بلوک‌های سنگی بزرگ در کف دره شدهاند را تخمین زدند. از آنجا که ماه فاقد شبکهٔ متراکم و مدرن شتاب‌سنج لرزهای است که بتواند حرکات زمینی را مستقیم اندازه بگیرد، پژوهشگران باید حرکت‌های زمینی گذشته را از نشانگرهای زمین‌شناختی استنتاج کنند: سنگهای واژگونشده، دامنه‌های بهم‌خورده و دیگر آثار فیزیکی که برای میلیون‌ها سال حفظ شدهاند. وقتی این مشاهدات با مدل‌های عددی انتشار موج ترکیب میشوند، نویسندگان قادر شدند منبع محتملی از گسیختگی را برای اختلالات مشاهده‌شده شناسایی کرده و مقدار حرکت زمینی را که چنین گسل‌هایی میتوانند تولید کنند، کمّیسازی نمایند.
شواهد زمینشناسی به‌سوی گسل لی-لینکلن اشاره می‌کند
مطالعه تغییرات مکرر زمین در درهٔ تائوروس-لیترو را به گسل «لی-لینکلن» نسبت می‌دهد — گسلی کمعمق و از نوع رانش (thrust) که از عرض دره عبور کرده است. پژوهشگران نتیجه‌گیری میکنند که زنجیره‌ای از زلزلههای نسبتاً کوچک اما در محل قوی، که بزرگی آن‌ها در حدود 3 ریشتر در مقیاس زمینی برآورد می‌شود، به‌طور متناوب در حدود 90 میلیون سال گذشته این ناحیه را تکان داده‌اند. در زمین، رخداد با بزرگی 3 موردی اندک محسوب می‌شود، اما اگر چنین لرزهای در فاصلهٔ بسیار نزدیک به یک سازه یا دامنهٔ تند اتفاق بیفتد، می‌تواند شتاب کافی برای جابه‌جایی سنگ‌ها و ایجاد شکست دامنه فراهم کند؛ بهویژه در شرایط کمجاذبه و خاک ریزش‌پذیر ماه که رفتار ماده با زمین متفاوت است.
یک شبیه‌سازی کامپیوتری نشان‌دهندهٔ امواج لرزهای است که از یک زلزلهٔ کمعمق در گسک لی-لینکلن در درهٔ تائوروس-لیترو ساطع میشوند و با محل فرود ماژول قمری آپولو 17 تعامل میکنند. صدای همراه نشانگر حرکت عمودی زمین از شبیه‌سازی است. هر دو صدا و تصویر ده برابر سریع‌تر شدهاند. تصویر پس‌زمینهٔ این ویدئو یک موزاییک کروی از دوربین زاویه-عریض مدارگرد شناسایی ماه (LROC-WAC) است. رنگ‌های قرمز و آبی نشان‌دهندهٔ قطبیت‌های مثبت (حرکت زمین به بالا) و منفی (حرکت زمین به پایین) موج هستند. اعتبار عکس: دانشگاه مریلند، نیکلاس اشمر
مدلسازی نشان می‌دهد که گسلهای رانشی کمعمق که در سطح ماه پخش شدهاند، توانایی تولید شتاب‌های محلی زمین را دارند که از آنچه تا کنون برای چنین بزرگیهای کوچک تصور می‌شد بیشتر است. گسل لی-لینکلن تنها یک نمونه است؛ ماه میزبان هزاران گسل مشابه است که در نتیجهٔ سرد شدن و انقباض سیاره‌ای ایجاد شدهاند و در صورتی که درونیات ماه همچنان تطابق داشته باشد، گسلهای تازه نیز میتوانند شکل بگیرند. از این‌رو نویسندگان استدلال میکنند که شیبهای فعال یا اخیراً فعال باید به‌عنوان خطرات لرزهای بالقوه در نظر گرفته شوند و هنگام برنامه‌ریزی مأموریت‌ها جدی گرفته شوند.
کمّیسازی خطر لرزهای برای عملیات قمری
واترز و اشمر برآوردهای احتمالاتی خطر لرزهای در نزدیکی گسلهای رانشی فعال را ارائه میدهند. آن‌ها محاسبه کرده‌اند که احتمال روزانهٔ وقوع یک زلزلهٔ ماهی بالقوه خسارت‌زا در کنار یک شیب فعال تقریباً 1 در 20 میلیون است. این احتمال برای یک روز منفرد بسیار پایین است، اما زمانی که آن را در طول مأموریت‌های بلندمدت ضرب می‌کنیم، ریسک تجمعی قابل‌توجه می‌شود. برای مثال، طبق مدل تجمعی سادهٔ نویسندگان، یک زیستگاه سطحی ده‌ساله با احتمال تجمعی حدود 1 در 5,500 ممکن است با یک رخداد خطرناک روبه‌رو شود — رقمی که در طراحی و برنامه‌ریزی بلندمدت باید مدنظر قرار گیرد.
پیامد عملی این است که مأموریت‌های کوتاه‌مدت مانند مأموریت‌های آپولو در معرض مخاطرات لرزهای ناچیزی بوده‌اند، در حالی که پایگاههای دائمی، زیستگاه‌های قمری و فرودگرهای بلند با نسبت ابعادی زیاد (از جمله طرح‌هایی مانند سیستمهای فرود انسانی مشتق‌شده از استارشِپ) ممکن است در برابر شتاب زمین آسیب‌پذیرتر باشند. سازههایی با مرکز جرم بالا یا پایهٔ باریک ممکن است درصورت وقوع یک تکان نزدیک با یک ضربهٔ قوی، واژگون شوند یا دچار خسارت‌های بحرانی شوند. بنابراین تیم پژوهشی توصیه می‌کند که شواهد زمینشناسی دیرینه‌زلزله‌ای، نقشه‌برداری شیبها و ارزیابی خطر محلی باید در انتخاب محل فرود و جانمایی زیستگاهها لحاظ شود.
پالهوسیسملوژی قمری: روش‌ها و ابزارهای آینده
از آنجا که شبکهٔ لرزهای ماه پراکنده است و لرزه‌سنج‌های دوران آپولو حساسیت ابزارهای مدرن را نداشتند، دانشمندان پالهوسیسملوژی از شواهد غیرمستقیم استفاده میکنند. اشمر و همکارانش از شاخصهای زمین‌ریخت‌شناسی — فرو افتادن سنگ‌ها و رسوبات ریزشی — برای استنتاج حرکت‌های زمینیِ گذشته بهره برده و سپس این استنتاج‌ها را با مدل‌های فیزیک‌محور انتشار موج آزمایش کردند. این رویکرد که گاهی آن را «پالهوسیسملوژی قمری» می‌نامند، زمینشناسی میدانی، تصویرسازی مداری، تحلیل نمونه‌های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی عددی را با هم ترکیب می‌کند تا تصویر منسجم‌تری از تاریخ لرزهای ماه ارائه دهد.
مأموریت‌های آیندهٔ آرتمیس و برنامه‌های مداری و سطحی برنامه‌ریزی‌شده فرصت مناسبی برای پیشرفت این رشته فراهم می‌آورند. لرزه‌سنج‌های نوین که از دهه‌ها پیشرفت فناوری نسبت به ابزارهای آپولو بهره‌مند هستند، میتوانند لرزه‌های ماه را در باندهای فرکانسی و فواصل گسترده‌تری اندازه‌گیری کنند که قبلاً قابل تفکیک نبودند. تصویربرداری مداری با وضوح بالاتر و ارتفاع‌سنج لیزری نیز امکان نگاشت دقیق‌تر شیبها و فعالیت‌های اخیر دامنه را فراهم می‌آورد و نقشه‌های خطر بهتری برای برنامه‌ریزان مأموریت عرضه می‌کند.
«اگر بخواهیم پایگاههای بادوام بر ماه بسازیم، باید ارزیابی خطر لرزهای را به انتخاب سایت و مهندسی سازه‌ها وارد کنیم،» نیکلاس اشمر گفت. «اجتناب از ساخت و ساز درست روی شیبهای فعال و فاصله‌گذاری مناسب زیستگاهها از گسلهای رانشی نقشه‌برداری‌شده، ریسک را به‌طور قابلتوجهی کاهش می‌دهد.»
دیدگاه کارشناسی
«مطالعه نشان می‌دهد چگونه سرد شدن سیاره‌ای و تنش‌های تکتونیکی ناشی از آن همچنان در مقیاس زمانی انسانی سطح ماه را شکل می‌دهد،» دکتر النا روییز، زمین‌فیزیک‌دان ساختاری در یک آژانس فضایی بزرگ، می‌گوید (این دیدگاه به‌عنوان منظرۀ کمکی ارائه شده است). «برای مهندسین، پیام بسیار ساده است: زمین‌های هموار و زمین‌های زمینشناسی قدیمی‌تر را برای زیرساختهای بلندمدت انتخاب کنید، سازه‌ها را برای شتاب‌های نامتقارن طراحی نمایید و در شبکههای لرزه‌سنج توزیع‌شده سرمایه‌گذاری کنید. این اقدامات زیستگاه‌های دوران آرتمیس را بسیار مقاوم‌تر می‌سازند.»
فضانورد آپولو 17، هریسون اچ. اشمیت، از سنگ بزرگی در ایستگاه 7 نمونه‌برداری می‌کند که در پایهٔ «نورث ماسیف» در درهٔ تائوروس-لیترو قرار دارد. این سنگ بزرگ تقریباً بر اثر یک زلزلهٔ ماهی قوی که حدود 28.5 میلیون سال پیش رخ داده بود از جا کنده شده است. منبع آن رخداد احتمالاً یک رویداد در گسل لی-لینکلن بوده است. اعتبار: NASA/JSC/ASU
پیامدها برای برنامه‌ریزی مأموریت و مهندسی
از منظر کاربردی، معماران مأموریت و طراحان زیستگاه‌های سطحی باید موارد زیر را در برنامه‌ریزی‌شان بگنجانند: نقشه‌برداری خطر لرزهای مبتنی بر شیبها و شواهد پاله‌وسیسملوژیک، محدودیت‌های محل‌گذاری برای دور نگه داشتن دارایی‌های حیاتی از گسلهای رانشی فعال، سامانههای پی و میرایی که ریسک واژگونی فرودگرها و برج‌ها را کاهش میدهند، و استقرار شبکههای متراکم لرزهسنجی در اوایل راه‌اندازی پایگاه تا فعالیت‌های جاری زیرنظر گرفته شود. ریسک هیچ‌گاه صفر نمی‌شود، اما انتخاب‌های مهندسی میتوانند احتمال و پیامدهای تکان‌های مخرب را کاهش دهند.
نویسندگان تأکید میکنند که نتایج آن‌ها به این معنا نیست که ماه به‌طور کلی زلزله‌خیز و خشونت‌آمیز است؛ در عوض، زلزلههای کمعمق محلی یک خطر قابل‌سنجش برای تأسیسات بلندمدت هستند. مأموریت‌های خدمه‌دار کوتاه‌مدت همچنان ریسک پایینی دارند، اما وقتی عمر زیستگاهها به سالها یا دهه‌ها افزایش می‌یابد، محاسبات ریسک تغییر می‌کند و نیاز به مدیریت فعال‌تر دارد.
نتیجه‌گیری
مطالعهٔ جدید واترز و اشمر مسیر عملی‌ای را برای وارد کردن پالهوسیسملوژی قمری به برنامه‌ریزی مأموریت‌های دوران آرتمیس و مأموریت‌های تجاری ماه باز می‌کند. با استفاده از نشانگرهای زمینشناسی حاصل از مأموریت‌های آپولو همراه با مدل‌های لرزهای مدرن، این کار گسلهای رانشی کمعمق فعال — مانند شیب لی-لینکلن در تائوروس-لیترو — را به‌عنوان منابع معتبر تکان زمین شناسایی کرده است که میتوانند سنگ‌ها را به حرکت درآورده و زیرساخت‌ها را تهدید کنند. برای پایگاههای بلندمدت توصیهها روشن است: از شیبهای اخیراً فعال دوری کنید، پایش لرزهای را در اولویت قرار دهید و فرودگرها و زیستگاهها را طوری طراحی کنید که در برابر شتاب‌های نامتقارن و خطر واژگونی مقاوم باشند. هر چه لرزه‌سنج‌ها و داده‌های مداری دقیق‌تر شوند، برآوردهای خطر لرزهای قمری هم دقیق‌تر خواهد شد و پیاده‌سازی عملیات انسانی ایمن‌تر و مقاوم‌تر بر سطح ماه را ممکن می‌سازد.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر