氣球飄在空中,也可以偵測地震?

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設於加州的氣球,成功監測一次地震。 圖片來源:NASA

同一款工具,有人可作軍事用途,也有人用來拯救性命。

2 月 6 日,土耳其一天內發生黎克特制 7.8 級及 7.6 級地震,連同鄰國敍利亞,已證實超過 4,300 人死亡。為了終有一天可以克服此等自然災難,近年各國致力改善偵測地震的方法,其中一個方向是與其他星球比對數據。而在美國加州,科學家就嘗試以氣球作為偵測金星地震的工具。

過去,地震儀通常都安裝於地面,當大地晃動,機器就能感知和測繪地震波形,從而得知地震規模。如讓地震儀隨氣球在半空中飄浮,聽似有違常理,但其實並非所有地面適合安裝儀器。在金星,地表溫度可以超過攝氏 480 度,氣壓相等於地球海底 1 英里。任何地震儀放到金星地面,都會馬上被壓成班戟然後極速融化。由人類送上金星的機器,大部分都在瞬間化為烏有,最長紀錄是蘇聯在 1982 年發射的金星 13 號,足足維持了 127 分鐘。

金星的天空同樣佈滿酸性雲層,但氣壓狀況相對容易應付,於是科學家希望設計一款能懸浮空中的地震儀,居高臨下觀察金星的地殼變動,再比較地球的數據,以了解兩個星球的運動狀態。1985 年,蘇聯曾發送兩個配置感應器的氣球到金星大氣層,目的就是要搜集天氣數據,氣球最終在每小時 150 英里風速中支撐了 46 小時。但到目前為此,也未有科學家試圖以氣球監測金星地表數據。

加州理工學院地質學家 Jennifer Jackson 向媒體 Atlas Obscura 表示,金星有數座非常活躍的火山。她估計空中探測器即使在距離地表 35 英里的水平,仍然可以偵測到火山活動數據,例如岩漿爆發和破火山口(cauldrons)撕裂的聲音。科學家觀察到有像國家大小的金星地殼如冰塊般搖晃,造成大幅度地震。而地震會產生匹配聲波,在空氣中傳播。北卡羅萊納州立大學天文學家 Paul Byrne 形容,科學家可以透過氣球,聆聽星球的心跳,繪製金星地底活動的圖譜。

研究人員的氣球會在加州莫哈韋沙漠上空飄盪。 圖片來源:NASA

然而在此之前,科學家首先要在地球測試「氣球地震儀」的概念是否可行。自 2019 年起,一批科學家就在加州製作能盛載感應器的氣球,那裡地殼運動相對活躍,是理想的實驗地方。地震產生的音波,通常是低於人類聽覺範圍的次聲波(infrasonic)。這些音波在空氣傳播時會改變氣壓,科學家就透過氣壓計來偵測地震引發的次聲波。專家們早已通過閱讀次聲波來觀測殞石爆破、閃電、岩漿活動等等;現在則是想將類似技術應用在金星上。

以挪威太空學家 Quentin Brissaud 為首的研究團隊表示,他們會用碳粉把氣球塗黑,以吸收太陽光來加熱裡面的空氣,讓氣球上升。入夜時,氣球會因為內部的空氣冷卻而徐徐下降,返回地球。研究團隊把特製儀器貼在氣球,任其隨氣壓變更而升降。2019 年 7 月 22 日,其中一個氣球感應到地面的次聲波,類似是地震發生,而加州地面的地震儀就錄得一場黎克特制 4.2 級地震。這是專家第一次通過高空氣球偵測到地震,是技術一大突破。

不過,科學家目前仍有很多工作需要處理,例如即使「氣球地震儀」感測到地震,但還是不足以找出震源所在。Byrne 始終相信,以氣球觀測金星大有可為,尤其是金星的大氣密度遠高於地球,意味著地震傳出的音波更容易被氣球接收。Jackson 就認為,即使以現有裝備,氣球地震儀都能夠運作至少 60 天。