NASA的远端地震套件：借助火星InSight登陆器测量月震

阿波罗 10 号宇航员于 1969 年 5 月拍摄了这幅以月球表面的国际天文学联合会（IAU）302 号环形山为特色的斜视图。资料来源：美国国家航空航天局

为测量其他世界的地震和流星撞击而制造的最灵敏的仪器越来越接近它前往月球神秘远方的旅程。这是为月球表面改装的两台地震仪之一，最初是为美国国家航空航天局（NASA）的InSight火星着陆器设计的，该着陆器在2022年任务结束前记录了1300多次火星地震。

这两台地震仪是最近在南加州美国宇航局喷气推进实验室（JPL）组装的名为"远侧地震套件"（FSS）的有效载荷的一部分，预计将于2026年抵达薛定谔盆地，这是一个距离月球南极约300英里（500公里）的宽大撞击坑。这套自给自足的太阳能装置拥有自己的计算机和通信设备，还能抵御月球白天的酷热和夜晚的严寒。

JPL 工程师和技术人员准备在模拟月球重力（约为地球重力的六分之一）下测试 NASA 的远侧地震套件。该有效载荷将收集该机构近50年来首次来自月球的地震数据，并首次从月球远侧进行地震测量。图片来源：NASA/JPL-Caltech

在美国国家航空航天局（NASA）的CLPS（商业月球有效载荷服务）计划下，这套设备将由月球着陆器运送到月球表面，并将传回该局自上一个阿波罗计划地震仪运行近50年以来的首次月球地震数据。不仅如此，它还将首次提供来自月球远侧的地震测量数据。

这套装置的灵敏度比阿波罗系统的前身高出 30 倍，它将记录月球的地震"背景"振动，这种振动是由撞击月球表面的小鹅卵石大小的微陨石引起的。这将有助于美国国家航空航天局（NASA）更好地了解当前的撞击环境，因为该机构正准备派遣阿耳特弥斯号宇航员探索月球表面。

3 月，美国国家航空航天局的远端地震套件在 JPL 无尘室中进行工作。该仪器的两个灵敏地震仪被封装在一个立方体中的立方体结构中，并配有电池、计算机和电子设备。闪亮的毯子是外绝缘层；单个太阳能电池板提供电力。图片来源：NASA/JPL-Caltech

行星科学家们急切地想知道 FSS 能告诉他们月球的内部活动和结构。他们所学到的知识将有助于深入了解月球--以及火星和地球等岩质行星--是如何形成和演化的。

它还将回答一个关于月震的悬而未决的问题：为什么月球近侧的阿波罗仪器几乎探测不到远侧的地震活动？一种可能的解释是，月球深层结构中的某些东西基本上吸收了远侧的地震，使得阿波罗的地震仪很难感应到它们。另一种解释是远侧的地震较少，因为远侧表面看起来与面向地球的一面截然不同。

JPL的FSS首席研究员兼InSight项目科学家马克-潘宁（Mark Panning）说："FSS将为我们几十年来一直在追问的有关月球的问题提供答案。我们迫不及待地想开始获取这些数据。"

在这张2018年12月4日由着陆器机械臂上的相机拍摄的照片中，美国国家航空航天局（NASA）的火星洞察号（Mars InSight）上搭载的内部结构地震实验仪器（SEIS）位于铜色的六边形外壳内。SEIS技术正用于前往月球的远端地震套件。图片来源：NASA/JPL-Caltech

远端地震套件的两个互补仪器是根据InSight的设计改装的，以便在月球重力下工作--月球重力不到火星重力的一半，而火星重力大约是地球重力的三分之一。它们与电池、计算机和电子设备一起封装在一个立方体结构中，该结构周围有隔热层和外层保护立方体。在着陆器的顶部，这套设备将在漫长而寒冷的月夜中连续工作至少4个半月，收集数据。

甚宽带地震仪（VBB）是迄今为止用于太空探索的最灵敏的地震仪：它能探测到小于一个氢原子大小的地面运动。它是一个直径约 5 英寸（14 厘米）的胖圆柱体，利用一个由弹簧固定的摆锤测量上下运动。它最初是法国航天局 CNES（法国国家空间研究中心）为 InSight 建造的紧急替换仪器（"飞行备用"）。

图为2023年11月组装过程中，远端地震套件的内立方体放置了NASA有效载荷的大型电池（位于后方）和两个地震仪。金色的球状装置装有短周期传感器，银色外壳装有甚宽带地震仪。图片来源：NASA/JPL-Caltech

巴黎地球物理研究所的菲利普-洛格诺内（Philippe Lognonné）是InSight地震仪的主要研究员，也是FSS的共同研究员和VBB仪器的负责人。"他说："我们从这台仪器中学到了很多关于火星的知识，现在我们很高兴有机会将这些经验用于探索月球的奥秘。

这套较小的地震仪被称为短周期传感器（或 SP），由加利福尼亚州帕萨迪纳的 Kinemetrics 公司与牛津大学和伦敦帝国学院合作制造。这个冰球状的装置使用蚀刻在三块方形硅芯片上的传感器测量三个方向的运动，每块芯片宽约 1 英寸（25 毫米）。

FSS 有效载荷是去年在 JPL 完成的。最近几周，它经受住了模拟太空的真空和极端温度下的严格环境测试，以及模拟火箭发射时运动的剧烈晃动。

JPL的埃德-米勒（Ed Miller）是FSS的项目经理，与潘宁和洛格诺内一样，他也是"洞察"号任务的老兵。"我们一起去了火星，现在我们可以仰望月球，知道我们在那里建造了一些东西。这会让我们感到无比自豪。"

关于远端地震套件的更多信息

由加州理工学院下属的帕萨迪纳喷气推进实验室（JPL）管理的远侧地震套件（FSS）是月球探测领域的一次重大飞跃。这个雄心勃勃的项目由 JPL 负责设计、组装和测试，是一项国际合作项目，其中包括来自不同全球合作伙伴的关键组件。法国国家空间研究中心（CNES）与巴黎地球物理研究所（Institut de Physique du Globe de Paris）在巴黎城市大学（Université Paris Cité）和法国国家科学研究中心（CNRS）的支持下，提供了甚宽带地震仪。同时，伦敦帝国学院和牛津大学合作开发了短周期传感器，并由帕萨迪纳的 Kinemetrics 公司负责管理。密歇根大学提供了必要的飞行计算机、电力电子设备和软件，从而完成了这套复杂的科学装置。

作为美国航天局PRISM（月球表面有效载荷和研究调查）计划的一部分，FSS由美国航天局科学任务局的探索科学战略和集成办公室提供资金。计划管理由美国宇航局马歇尔太空飞行中心的行星任务计划办公室负责。该套件计划作为美国航天局商业月球有效载荷服务（CLPS）倡议下即将执行的任务的一部分降落在月球表面，旨在提供来自月球远侧的前所未有的地震数据--该区域以前从未进行过地震探测。

编译自/scitechdaily