分布式声学传感监测月震：探索登月新视角

一项新的研究表明，它可能会彻底改变我们对月球神秘深度的理解。

伍兹霍尔海洋研究所的研究人员及其同事发表在《地震研究快报》上，探索在月球上部署光纤地震网络，讨论一些需要克服的挑战。

20世纪70年代，阿波罗任务在月球表面留下了5个地震台站，毫无疑问，阿波罗的地震实验是开创性的。这些地震台站给月球学家提供了一个初步了解月球内部的机会，同时也留下了几个未解答的问题：

为什么阿波罗检波器能够探测到发生在地表以下700 至 1100 公里的月震，在地球上这个深度上，热量和压力会导致塑性变形，而不是地震的脆性断裂？如何解释在月球远侧探测到的月震的神秘缺失？

研究人员提出，要回答这些问题，需要在恶劣的环境中部署更多检波器来收集更多地震事件，吴文波和他的团队提出为一个新的月球网络使用分布式声学传感(DAS)。DAS 光纤可以制作多功能传感器。当光沿着光纤传输时，光纤里面的一些杂质会将一部分光反射回光源的方向。我们能够处理这些反射的光波，重建受到干扰的光波。反射会发生在整个光纤上，这让光纤成为了一个超长的传感器阵列。当光纤的某部分因地震而拉伸、收缩或扭曲时，反射信号就会发生变化，提供沿光纤发生地震的实时信号。

“这是一个非常密集的地震阵列，”吴说。“一根光缆可以给你带来数千个独立传感器。”

阿波罗16号的地质学仪器

这种技术被称为分布式声学传感（DAS）。虽然它只出现了十几年，但DAS已经实现了各式各样的应用，包括监测油气井、捕捉周边入侵者和监测鲸鱼叫声。

地球物理学家们也开始使用光纤。DAS是在地球上监测地震波的一种绝佳工具，特别是在难以布设传统地震仪的地方，比如南极洲和深海底这些恶劣的环境。有了DAS，科学家们可以监测到无人区的地震，还可以利用这些地震波来探究冰层下面的环境。

吴文波和他的团队希望将DAS技术应用到月球上。他们进行了数值模拟，测试了光纤在模拟月球地震波中的表现。结果表明，DAS特别擅长捕捉ScS波，这是一种能够传到外地核面的地震波。

分布式声学传感（DAS）工艺能以相对经济有效的方式提供适当的传感器功能。光纤折射率微小波动产生的瑞利散射可支持沿数十公里电缆进行实时、连续测量。然而，安装 DAS 电缆是一项巨大的工程挑战。研究人员建议，自动漫游车或阿耳特弥斯号宇航员都可以完成这项任务。美国国家航空航天局（NASA）的阿特米斯3号（Artemis 3）任务计划于2026年9月之前完成，其目标是自阿波罗任务以来首次将人类送至月球表面。

在SRL 论文中，研究人员提出可以将 DAS 与其他提议的月球计划结合起来，例如在月球远侧放置射电望远镜，它本身需要光纤电缆连接到天线。吴文波说：“如果 我们可以将这些项目结合起来以节省成本，那将真正增加实现它的可能性并产生最大的科学影响。”

在未来的科学研究和探索中，分布式声学传感监测技术将继续发挥重要作用。我们期待着科学家们通过这一技术的应用，揭示月球和地球的奥秘，为人类的发展和进步做出更大的贡献。