პლანეტები სეისმოგრაფის ლენტზე

 მზის სისტემის პლანეტები, როგორც დედამიწა, “პლანეტოძვრებს” განიცდის. ეს დაამტკიცა უკვე ისტორიად ქცეულმა “აპოლოს” მისიებმა მთვარეზე. მისიის დროს მიღებულ მონაცემებს მეცნიერები ახლაც იკვლევენ და მათზე დაყრდნობით, პლანეტების კვლევის მომავალ გეგმებს ადგენენ. რატომ ვსწავლობთ ჩვენ პლანეტების სეისმოაქტიურობას? და რა ვიცით მის შესახებ? ყველაზე ღრმა ჭაბურღილიც კი, დედამიწის ქერქის მხოლოდ თხელი ნაწილის დანახვის საშუალებას გვაძლევს. რაღა უნდა ვთქვათ მაშინ სხვა პლანეტებზე, რომელთა სიღრმეები, ჯერჯერობით, საერთოდ მიუწვდომელია პირდაპირი კვლევებისთვის. ცოდნას პლანეტების აგებულებაზე სეისმოლოგიის საშუალებით ვიღებთ – მეცნიერებით, რომელიც პლანეტის რყევებსა და მასთან დაკაშირებულ მოვლენებს სწავლობს („ვარსკვლავძვრა“).

 პლანეტის ზედაპირსა და წიაღში ტალღების წარმოქმნის სხვადასხვა მექანიზმი არსებობს – როგორც ბუნებრივი (ასტეროიდული დარტყმა, გეოლოგიური პროცესები), ასევე ხელოვნური (აფეთქება). ასეთი ტალღების რეგისტრაციისთვის პლანეტის ზედაპირზე სეისმო სადგურებს ათვსებენ. თუ გვეცოდინება რა დროში მოძრაობდა ტალღა სადგურებს შორის, მაშინ შესაძლებელი იქნება ტალღის მიერ განვლილი გზის აღდგენა. ამ მონაცემების საშუალებით კი ადგენენ, თუ როგორ იცვლება წნევა პლანეტის შიგნით, სიმკვრივესა და სხვა ფიზიკურ მონაცემებს, დგინდება პლანეტის შინაგანი სტრუქტურა.

 პირველი სეისმური მოვლენა, რომელიც სეისმოგრაფიდან ძალიან შორს იყო, 120 წლის წინათ დაფიქსირდა. ეს მოხდა 1889 წლის 17 აპრილს, პოტსდამის (გერმანია) სეისმოლოგიურ ლაბორატორიაში, როცა გრავიტაციული კვლევებისთვის გათვალისწინებულმა მოწყობილობამ, იაპონიაში მომხდარი მიწისქვეშა ბიძგები დააფიქსირა. იაპონიიდან გერმანიამდე ტალღამ რამდენიმე საათში მიაღწია. 1947 წელს, დაგროვებული მონაცემების საფუძველზე, მოცულობითი ტალღების სეისმოგრაფებამდე მოსვლის დროების დაფიქსირების მიხედვით, დედამიწის პირველი სეისმური მოდელი შედგა. დედამიწის საკუთარი რხევები, პირველად, ჩილეს მიწისძვრის მერე, 1960 წელს იქნა რეგისტრირებული. ამ აღმოჩენით მოხერხდა დედამიწის შიდა აღნაგობის გლობალური მოდელის შექმნა. 1977-84 წლებში კი შეიქმნა დეამიწის მანტიის სამგანზომილებიანი (3D) ტომოგრაფული მოდელი.

”პლანეტური” ტალღები და რხევები

მოცულობითი და ზედაპირული ტალღები

თუ ზარს შემოვკრავთ, გარემო სივრცე ხმით შეივსება. ფაქტიურად იგივე ხდება პლანეტოძვრის ან ხელოვნური აფეთქების დროს: პლანეტის წიაღი ”სეისმური ხმებით” ივსება – სეისმური ტალღებით, რომელბიც პლანეტის გარე ზედაპირის ერთი წერტილიდან მეორემდე ვრცელდება. პლანეტებს ფენოვანი შიდა სტრუქტურა გააჩნია, რომელშიც შეიძლება გამოიყოს ქერქი, მანტია და ბირთვი. ფენების გამყოფ საზღვრებზე (მაგალითად, მანტიისა და ქერქის საზღვართან) მოცულობოთი ტალღები გარდატეხასა და არეკვლას განიცდის. მრავალჯერადი არეკვლის მერე კი ხდება მათი ჩახშობა. ამ მონაცემის მიხედვით შეიძლება დადგინდეს, არის პლანეტის წიაღი თხევად მდგომარეობაში თუ არა.  

მცირეფოკუსური მიწისძვრები შეკუმშვის ტალღებს წარმოქმნის, რომლებიც ატმოსფეროშიც ვრცელდება, ხოლო მათი ამპლიტუდა რამდენიმეჯერ იზრდება იონოსფერომდე მიღწევისას. კარძოდ, რეელის ტალღები, რომლებიც მიწისძვრის მერე ჩნდება, ზედაპირულ წანაცვლებებს იწვევს და აკუსტიკურ ტალღებს წარმოქმნის. ატმოსფეროში მოძრაობათან ერთად კი კიდევ უფრო ძლიერდება.

 მოცულობით სეისმურ ტალღებთან ერთად, ზედაპირული ტალღებიც აღიძვრება – ლავის და რეელის ტალღები, რომლებიც ზედაპირის გასწვრივ მოძრაობს. ამ ტალღაში მოძრაობათა დიდი ნაწილია კონცენტრირებული და პლანეტის ზედაპირის ყველაზე გარე ფენაში ვრცელდება, მათი ამპლიტუდა სიღრმესთან ერათდ მცირდება.

საკუთარი რხევები

 ნებისმიერი დრეკადი სხეული, ზემოქმედების მერე გარკვეული სიხშირით ირხევა, რაც ამ სხეულის დრეკადობაზეა დამოკიდებული. პლანეტაც დრეკადი სხეულია, რომელშიც ბუნებრივი ან ხელოვნური ზემოქმედებით ბუნებრივი და საკუთარი რხევები აღიძვრება, თან ისინი საათობით და ზოგჯერ დღეების განმავლობაშიც კი არ ქრება. შეიძლება შევადაროთ მუსიკალურ ინსტრუმენტს, რომელიც მუსიკალურ ჰარმონიებს ”ასხივებს”, დამოკიდებულს სიმის სიგრძეზე, სიმკვრივესა და დაჭიმულობაზე.

 საკუთარი რხევები, პლანეტის შინაგანი სტრუქტურის გარკვევის საუკეთსო საშუალებაა, რადგან ანალიზი არ მოითხოვს წყაროს ადგილმდებარეობის ცოდნას, ანუ საკმარისია ერთი სეისმოსადგურის ჩანაწერებიც, რაც საკმაოდ ფასეულია სხვა პლანეტების კვლევის დროს.

 სეისმური მოვლენები მთვარეზე

 დღევანდელი დღისთვის, მთვარე არის ერთად-ერთი სხეული, დედამიწის მერე, რომლისთვისაც სეისმური მონაცემებია მიღებული. 1969 წლის 21 ივლისს, მთვარეზე პირველად დაყენდა სეისმოსადგური ”აპოლო – 11” (ა.შ.შ, ნასა). მან იმავე წლის 27 აგვისტომდე იმუშავა, რის შემდეგაც მწყობრიდან გამოვიდა და მუშაობაც შეწყვიტა. მთვარის უწყვეტი სეისმო დაკვირვებები 1969 წლის 19 ნოემბრიდან დაიწყო, როცა მის ზედაპირზე ”აპოლო – 12” დაეშვა. შემდეგი ორნახევარი წლის მანძილზე, მთვარის ხილულ ზედაპირზე კიდევ სამი სეისმოსადგური განთავსდა ”აპოლო -14, 15, 16”. ამგვარად, შეიქმნა მთვარის ”მოსასმენი” სადგურების ქსელი. სეისმური მონაცემების ჩაწერა 1977 წელს შეჩერდა, რადგან იმ დროისთვის ინფორმაციის დიდი მოცულობა დაგროვდა, თან ექსპერიმენტის გაგრძელება დიდი დანახარჯების გამო აღარ იყო მიზანშეწონილი.

 პირველი შთამბეჭდავი აღმოჩენა ის იყო, რომ მთვარეძვრები ნამდვილად არსებობს. სადგურებმა 12 000-ზე მეტი სეისმური მოვლენა დააფიქსირა (დღეში რამდენიმე). მათ შორის, მცირე და ღრმაფოკუსიანი (ეპიცენტირს სიღრმის მიხედვით განასხვავებენ მცირეფუკუსიან (ზედაპირთან ახლოს) და ღრმაფუკუსიან ტალღებს (300 კილომეტრამდე) მთვარეძვრები და მეტეორიტული დარტყმები.

 ”აპოლოების” ქსელის მონაცემებით შედგა მთვარის სეისმო მოდელი. აღმოჩნდა, რომ ჩვენს ბუნებრივ თანამგზავრს აქვს მანტია, ბირთვი და მძლავრი 40-60 კილომეტრის სისქის ქერქი ხილულ (ახალი მონაცემებით 30-45 კმ.) და ოდნავ უფრო სქელი უხილავ მხარეზე.

 მთვარის და დედამიწის სეისმოგრამები ერთმანეთისგან დიდი ხანგრძლივობით განსხვავდება – რამდენიმე საათითაც კი, რაც მთვარის ქერქის არაერთგვაროვნებას უკვშირდება. მასში ტალღები მრავალჯერ იფანტება და გარდატყდება, რაც მოცულობითი ტალღების მოსვლის ინტერპრეტაციას ართულებს.

 დედამიწასთან შედარებით, მთვარის ყველაზე ძლიერი მიწისძვრაც კი სუსტია, თუმცა მთვარე მაინც იდეალური ობიექტია სეისმური კვლევებისთვის, რადგან მასზე არ არის სეისმო ხარვეზების წყაროები – ატმოსფერო, ოკეანეები და წარმოება.

 არსებულ მონაცემებზე დაყრდნობით, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ მომავალში მთვარის საკუთარი რხევების რეგისტრაციაც მოხდება, ანუ მთვარის გარე ფენების ზონდირება 1000 კმ-ზეც იქნება შესაძლებელი.

 მარსი – პლანეტა ინკოგნიტო

 მარსის სეისმოლოგიას ესტაფეტა მთვარემ გადსცა, ის 1976 წლის 4 სექტემბრიდან დაიწყო. გეგმის მიხედვით, მარსზე ერთდროულად ორ სეისმოგრაფს უნდა ემუშავა, თუმცა პირველი არ ჩაირთო, ჩაირთო მხოლოდ ”ვიკინგ – 2”-ის სეისმოგრაფი. ერთი სესმოგრაფითაც შეიძლებოდა რაიმე რყევების ან მეტეორიტული დარტყმის დაფიქსირება, თუმცა 19 თვის უწყვეტი მუშაობის რეჟიმში არც ერთი ასეთი მოვლენა არ დაფიქსირებულა. არადა მარსის ზედაპირზე არსებული ტექტონური ნაპრალებით თუ ვიმსჯელებთ, სეისმურად, მთვარეზე მეტად აქტიური უნდა იყოს. რეგისტრციის არ ქონა ”ვიკინგ – 2”-ის სეისმოგრაფის ქარის მიმართ მგრძნობელობით შეიძლება იყოს გამოწვეული. მარსზე ბუნებრივი პირობები მკაცრია, ზედაპირზე ტემპერატურა -125 დან +30 გრადუსამდე მერყეობს. დომინირებს 10 მ/წმ. სიჩქარის ქარები, არის შტორმები და ქვიშის ქარიშხლები. ”ვიკინგ – 2”-ის დასაჯდომ პლათფორმაზე დამონაჟებული სეისმოგრაფი მხოლოდ მარსული ქარებისგან გამოწვეულ ვიბრაციას აფიქსირებდა (ხმები და სინათლე მარსზე “ინსაითისგან”).

“ინსაითი”

 რუსული ”მარს-96” კი, რომელზეც ორი სეისმოგრაფი იყო დაყენებული, საერთოდ ვერ გასცდა დედამიწას და ოკეანეში ჩავარდა.

 აპარატებმა ”სფინქსი” და ”ვიკინგ – 1”, 18 და 22 სანტიმეტრზე გაბურღეს, რაც უმნიშვნელო სიღრმეა. შედარებით წარმატებული იყო ნასას მისია “ინსაითი”. დაგეგმილ სამმ მეტრზე ჩასვლა აპარატმა ვერ შეძლო, მის ქვეშ მდებარე მყარი ქანების გამო. მცირე სიღრმიდან მიღებული მონაცემებით სეისმოპარამეტრების დადგენას რამდენიმე წელი დასჭირდა.

 გაირკვა, რომ მარსის ქერქი მოსალოდნელზე თხელია და 3 ფენისგან შედგება – 8 და 20 კილომეტრი სისქით, ხოლო მესამეს საზღვარი 39 კილომეტრიდან უნდა იწყებოდეს, საშუალოდ, ქერის სისქე 24-72 კილომეტრია. მანტია 500 კილომეტრამდე სიღრმეში ჩადის, როცა დედამიწის ლითოსფეროს (მანტიის ჩათვლით) სისქე სულ რაღაც 100 კილომეტრია. მოულოდნელობა იყო მარსის ბირთვის რადიუსის დაზუსტებული მონაცემიც – 1830 კილომეტრი, ვერსია გაცივებული ბირთვის შესახებაც მცდარი აღმოჩნდა.

 “თხუნელად” (პენეტრატორი) წოდებული მოწყობილობა 30 სანტიმეტრს ვერ გასცდა, სავარაუდოდ, კლდოვან ქანებს ან შეწებებულ ქვიშას წააწყდა. 2021 წელს, “ინსაითის” მზის პანელები ქვიშის ქარიშხალმა დაფარა, მიუხედავად იმისა, რომ ელიზიუმის სახელით ცნობილი დაჯდომის ადგილი ასეთი ქარიშხლებით არ გამოირჩეოდა. მისია ახლა დასრულების საფრთხის წინაშეა (კიდევ “ინსაითის” შესახებ.

აქტიური ვენერა

 თეორიული შეფასებებით, ვენერას სეისმურობა მარსსა და დედამიწას შორის უნდა იყოს. ვენერას ახალგაზრდა ზედაპირი და რთული რელიეფი მის ტექტონიკურ აქტიურობაზე მეტყველებს. მთები, როგორც ჩანს, ვულკანური წარმოშობისაა. არ არის გამორიცხული, რომ ვულკანური აქტიურობა ახლაც გრძელდება. ნასას შეფასებით, ვენერაზე წელიწადში 100-მდე სეისმური მოვლენა უნდა ხდებოდეს, ხუთზე მეტი მაგნიტუდით, 6 მაგნიტუდის რყევები კი ხუთჯერ ნაკლბი უნდა იყოს.

 ვენერაზე სეისმური ექსპერიმენტების ჩატარება ძალზედ რთულია. მაღალი ტემპერატურისა (≈500 °C) და წნევის (≈90 ატმ.) გამო, ვერანაირი აპარატი ვერ იმუშავებს 2 საათზე მეტ ხანს. ალტერნატივად შეიძლება იქცეს სეისმური პროცესების ვენერას ატმოსფეროზე ზემოქმედებით წარმოქმნილი სიგნალების რეგისტრაცია.

 ვენერას სეისმური აქტიურობა დედამიწისაზე სუსტია, თუმცა ეს კომპენსირდება ატმოსფეროსა და პლანეტის ზედაპირს შორის არსებული ძლიერი კავშირით, რაც ვენერას მძლავრი ატმოსფეროთია განპირობებული. ეს კავშირი კიდევ უფრო აძლიერებს ზედაპირიდან ატმოსფეროზე გადმოცემულ რხევებს. ვენერას დისტანციურ სეისმოლოგიაში კარგი შედეგების მოტანა დოპლერის რადარიან ზონდს შეუძლია, რაც გათვალისწინებული უნდა იყოს მომავალი მისიების დაგეგმვის დროს (ასეთი თანამგზავრის ორბიტის ოპტიმალური სიმაღლე 150 კილომეტრია). სრული სეისმური სურათის მისაღებად, ექსპერიმენტში გაერთიანებული უნდა იყოს ორბიტული სადგური რადარით და ორი-სამი პატარა სუბთანამგზავრი.

პლანეტა-გიგანტები

 პლანეტა-გიგანტების შინაგანი სტრუქტურა (იუპიტერი, სატურნი, ურანი, ნეპტუნი), ისე როგორც მიწის ჯგუფის პლანეტები, არასაკმარისადაა შესწავლილი. გაზის გიგანტებს შიგნით შეიძლება არის კიდეც მყარი ბირთვი, თუმცა მიუწვდომელი პირდაპირი დაკვირვებებისთვის. ჩვენ მხოლოდ ატმოსფეროს ვხედავთ, რომელსაც არ გააჩნია ფენებს შორის გარდამავალი მკაფიო საზღვარი.

 პლანეტის ინტენსიურ ენერგეტიკასთან დაკავშირერბით (სიღრმიდან ამომავალი სითბო მზისგან მიღებულს აჭარბებს) შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ იუპიტერში აღიძვრება საკუთარი რხევები, მათი რეგისტრაციით პლანეტის წიაღზე ახალი ინფორმაცია შეიძლება იქნას მიღებული, ისე, როგორიც ჰელიოსეისმოლოგიამ მოგვცა მონაცემები მზის წიაღზე (ვარსკვლავძვრა , მზიური ცუნამი).

 იუპიტერის საკუთარი რხევების ძებნა ინფრაწითელი და სპექტროსკოპული დაკვირვებებით 1980 წლის ბოლოს დაიწყო. ასეთი დაკვირვებები 1995 წელსაც ჩატარდა, მასზე კომეტა შუმეიკერ-ლევი 9 ფრაგმენტების დაცემის მერეც. თუმცა, სეისმოსიგნალი მიღებული ვერ იქნა, რადგან დარტყმის შედეგად მცირე რაოდენობის სეისმური ენერგია გამოიყო.
 სეისმომეტრების უმრავლესობაში, დრეკად საკიდზე თავისუფლად დაკიდებული მასის ინერციულობაა გამოყენებული. ქანქარა, გრუნტზე დამაგრებული ფუნდამენტის მიმართ გადაიხრება. როცა ფუნდამენტს სეისმური ტალღა არყევს, მასის ინერცია აიძულებს მას ფუნდამენტის მოძრაობას ჩამორჩეს.