Akademia Górniczo Hutnicza

Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Praca dyplomowa
Geofizyka Stosowana

Badania geofizyczne w trakcie załogowej eksploracji Księżyca w ramach programu Apollo.

Mateusz Matt Harasymczuk

Promotor pracy
Prof. dr hab. inż. Kaja Pietsch

2.2. Active Seismic Experiment (ASE)

Tab. 6. Active Seismic Experiment (ASE)

Ośrodek badawczy

Stanford University, USA

Misje

Apollo 14, 16

Nazwa eksperymentu (j. ang.)

Active Seismic Experiment

Nazwa eksperymentu (j. pol.)

Aktywny eksperyment sejsmiczny

Dziedzina

Sejsmika

2.2.1. Przedmiot badania

Aktywny eksperyment sejsmiczny pozwalał na uzupełnienie danych zebranych podczas pasywnego eksperymentu. ASE od PSE różnił skalą i źródłem energii.

Dwa aktywne eksperymenty sejsmiczne zostały wykonane podczas misji Apollo 14 i 16. W trakcie misji Apollo 17 wykonano eksperyment profilowania sejsmicznego w celu określenia struktury górnej warstwy powierzchni Księżyca do głębokości 1000 m.

2.2.2. Materiały i metody

../_images/ASE-diagram.png

Ryc. 6. Diagram przedstawia eksperyment Active Seismic Experiment (ASE). Źródło: [NAS69].

W przeciwieństwie do Pasywnego eksperymentu, który był zaprojektowany do badań całego Księżyca, aktywny eksperyment sejsmiczny skupiał się na poznaniu lokalnej okolicy lądowania. ASE zamiast czekać na naturalnie wystąpienie zdarzeń sejsmicznych wewnątrz Księżyca i na jego powierzchni, polegał na wykorzystaniu niewielkich ładunków wybuchowych w celu wzbudzenia fali sejsmicznej.

Eksplozje wywołane w celu badań aktywności sejsmicznej podzielono na:

  • niewielkie wybuchy w trakcie prac operacyjnych na powierzchni Księżyca,

  • większe eksplozje wywoływane zdalnie, po opuszczeniu powierzchni przez astronautów.

Do wzbudzenia fali sejsmicznej użyto dwóch rodzajów źródeł:

  • wzbudnik (ang. thumper),

  • moździerz (ang. mortar).

Detonacje wywołane zarówno podczas misji Apollo 16 jak i 17 były wyzwalane za pomocą urządzenia sterowanego radiowo.

2.2.3. Przebieg eksperymentu

Wzbudnik był używany przez astronautów w celu detonacji ładunków przypominających naboje strzelby. Każde urządzenie posiadało 19 takich naboi uruchamianych sekwencyjnie w równych odstępach czasowych wzdłuż 90-cio metrowej linii geofonów. Dane pomiarowe z wykorzystaniem powyższej metody były dostępne jeszcze w trakcie pobytu astronautów na powierzchni Księżyca i służyły do aktualizacji dalszych eksperymentów [Jon95].

Drugi rodzaj ładunków, który znalazł zastosowanie podczas misji Apollo 16 wyzwalał falę sejsmiczną za pomocą ładunku moździerzy znajdującej się w "moździerzowym zespole opakowaniowym" (ang. mortar package assembly). Do detonacji dochodziło po opuszczeniu powierzchni przez astronautów. Operatorzy przed odlotem ustawiali urządzenia i nastawiali przyrządy celownicze. MPA składał się z czterech granatów wystrzeliwanych za pomocą rakiet. Urządzenia posiadały geofony mierzące czas pojawienia się fali sejsmicznej spowodowanej uderzeniem pocisku o powierzchnię. Pociski wystrzeliwano z lufy mechanizmu. Ciągnięty za pociskiem drut pozwalał na określenie odległości poziomej lotu. Ze względu na brak atmosfery oraz zmniejszoną grawitację można było precyzyjnie określić dystans. Urządzenie zostało zaprojektowane aby punkt uderzenia wypadał na: 137, 282, 853, 1372 metrach od moździerzy. W celu sukcesywnego zwiększenia odległości stosowano ładunki wybuchowe różnej wielkości [BEC+72].

2.2.4. Rezultaty

Profilowanie sejsmiczne pozwalało określić strukturę powierzchni. Eksperymenty przyczyniły się do oszacowania prędkości rozchodzenia się fali sejsmicznej. Zmierzona prędkość wynosiła od 0.1 do 0.3 km/s w górnej warstwie skorupy Księżyca. Wartości były podobne dla wszystkich trzech wykonań eksperymentów i zgadzały się z danymi zmierzonymi w pasywnym eksperymencie sejsmicznym [Jon95].

Prędkości te są znacznie niższe niż zaobserwowane w analogicznych formacjach geologicznych na Ziemi. Wartości natomiast korelują się z prędkościami rozchodzenia się fal sejsmicznych w skałach brekcji o wysokim stopniu porowatości oraz spękaniach spowodowanych długotrwałym bombardowaniem meteorytami powierzchni Księżyca.

Za pomocą aktywnego eksperymentu sejsmicznego w miejscu lądowania Apollo 14 określono miąższość regolitu księżycowego powierzchni na 8,5 metrów. Dla porównania w miejscu lądowania Apollo 17 powierzchnię określono na warstwę bazaltową o miąższości 1,4 km. Wartość ta jest była wyższa od zmierzonej za pomocą Traverse Gravimeter Experiment (TGE) [PBB+73].