Hoe ballonnen op een dag aardbevingen op Venus konden detecteren

De ballon dreef boven de Stille Oceaan toen de eerste geluidsgolven toesloegen. Gedurende 11 seconden registreerde een klein apparaatje dat onder de grote, transparante ballon bungelde, plotselinge, schokkerige schommelingen in de luchtdruk: echo’s van een aardbeving op meer dan 2.800 kilometer afstand.

Dat wetenschappelijke instrument was een van de vier die op 14 december 2021 hoog boven de Maleise Archipel zweefde. het eerste netwerk van apparaten om een ​​aardbeving vanuit de lucht te volgenrapporteren onderzoekers in de 16 augustus Geofysische onderzoeksbrieven.

De bevinding kan wetenschappers helpen aardbevingen in afgelegen gebieden op aarde te volgen, en opent ook de deur naar het op een dag sturen van speciaal uitgeruste ballonnen om de geologie van andere werelden te bestuderen, inclusief onze naaste planetaire buur.

“Venus is de zusterplaneet van de aarde, maar het is de kwaadaardige tweelingzus”, zegt David Mimoun, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Toulouse in Frankrijk. “We weten niet waarom de twee planeten zo verschillend zijn. Daarom hebben we metingen nodig.”

Het idee om ballonnen te gebruiken om verre gerommel op aarde te bestuderen, heeft zijn wortels in de Koude Oorlog. In de jaren veertig lanceerde het Amerikaanse leger een uiterst geheim project om Sovjet-kernwapentests te bespioneren met behulp van microfoons die waren bevestigd aan ballonnen die hoog in de atmosfeer zweefden. Wanneer de grond schudt, komen laagfrequente geluidsgolven vrij die lange afstanden in de atmosfeer kunnen afleggen. Het leger was van plan de microfoons te gebruiken om het geluid van de grond op te vangen die door een nucleaire explosie trilde. Maar het project werd uiteindelijk als te duur beschouwd en liet het vallen – hoewel niet voordat een van de ballonnen in New Mexico neerstortte en de Roswell-samenzwering lanceerde.

Tientallen jaren daarna bleef de ballonwetenschap vooral op het gebied van meteorologie. Toen, in de vroege jaren 2000, begonnen Mimoun en zijn collega’s te experimenteren met het gebruik van ballonnen voor verkenning van de ruimte, specifiek voor het bestuderen van buitenaardse aardbevingen.

Het analyseren van trillingen is een van de belangrijkste manieren waarop wetenschappers meer te weten kunnen komen over het binnenste van een planeet. Op werelden met een dunne atmosfeer, zoals Mars of de maan van de aarde, betekent dit over het algemeen dat er een lander naar de oppervlakte wordt gestuurd en de bevingen direct op de grond worden gemeten (SN: 13-05-22).

Maar dat op Venus doen is niet echt een optie. De dichte atmosfeer betekent dat het oppervlak van de planeet ongeveer dezelfde druk heeft als de diepe oceaan van de aarde, met temperaturen van gemiddeld rond de 450 ° Celsius – heet genoeg om lood te smelten. “Eigenlijk is het een hel”, zegt Mimoun.

Landers hebben eerder het oppervlak van Venus bereikt (SN: 6/19/76). Maar deze sondes duurden slechts een paar uur voordat ze bezweken aan de extreme hitte en druk. De kans om een ​​aardbeving in dat korte tijdsbestek te meten is klein, zegt Siddharth Krishnamoorthy, een onderzoekstechnoloog bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, die niet bij het onderzoek betrokken was. Dus hoewel radarbeelden van Venus een wereld met vulkanen hebben onthuld, weten wetenschappers nog steeds niet zeker of Venus geologisch actief is, zegt hij.

Wetenschappers hebben eerder geëxperimenteerd met het idee om aardbevingen op Venus te detecteren met behulp van orbiters (SN: 9/02/05). Maar aardbevingsdetectieballonnen hebben een betere resolutie, zegt Mimoun, wat betekent dat ze de sleutel zouden kunnen zijn om het innerlijke leven van de planeet te onthullen. Maar eerst moesten Mimoun en zijn collega’s laten zien dat ze apparaten konden ontwerpen die klein genoeg waren om door ballonnen te worden gedragen, maar gevoelig genoeg om aardbevingen ver beneden op te vangen.

In 2021 bevestigde het team microbarometers aan 16 ballonnen die werden gelanceerd vanaf de Seychellen, voor de kust van Oost-Afrika. In december namen vier ballonnen – die duizenden kilometers van elkaar verwijderd waren – vergelijkbare, laagfrequente geluidsgolven op. Deze veranderingen in luchtdruk leken op grondmetingen van een aardbeving met een kracht van 7,3 bij het Indonesische eiland Flores, wat aangeeft dat de geluidsgolven werden geproduceerd door de aardbeving. De onderzoekers konden de veranderingen in luchtdruk gebruiken om het epicentrum van de aardbeving te lokaliseren en de omvang ervan te berekenen.

Ballonwetenschap

Op 14 december 2021 vond een aardbeving met een kracht van 7,3 op de schaal van Richter plaats in de Floreszee in Indonesië. Hoog in de atmosfeer detecteerden vier ballonnen met barometers veranderingen in luchtdruk die leken op grondmetingen van de aardbeving. Het kwartet is het eerste netwerk van apparaten om een ​​aardbeving vanuit de lucht te monitoren.

Locaties van de aardbeving, seismometers en 4 ballonnen

“Dit is een enorme stap voorwaarts in het aantonen van het nut van deze technologie”, zegt Paul Byrne, een planetaire wetenschapper aan de Washington University in St. Louis, die niet betrokken was bij het onderzoek.

Zelfs zonder aardbevingen op te vangen, kunnen de ballonnen, als ze zijn ontworpen om te overleven in de atmosfeer van Venus, veranderingen in de luchtdruk detecteren die aanwijzingen geven over de vulkaanuitbarstingen en mysterieuze hooglanden van de planeet, zegt Byrne.

Venus begint een renaissance van interesse van ruimteagentschappen. Voor het einde van dit decennium zijn er ten minste twee NASA-missies gepland om de planeet te bezoeken (SN: 6/2/21). Mimoun hoopt dat aardbevingsdetectieballonnen in de volgende grote missie zullen voorkomen, en benadrukt dat hun gegevens onderzoekers kunnen helpen begrijpen waarom de aarde en Venus – zowel qua grootte als qua afstand tot de zon, ten opzichte van de andere planeten – zo verschillende paden zijn ingeslagen .

“We hebben geen idee”, zegt Mimoun. “Dus we moeten terug.”