Οι πιο δυνατές μπάντες του κόσμου δημιουργούν σεισμικά κύματα
Την ημέρα της Πρωτοχρονιάς, ο Zhongwen Zhan ενώθηκε με εκατοντάδες χιλιάδες θεατές στην Πασαντένα της Καλιφόρνια, για την Παρέλαση των Τριαντάφυλλων. Αλλά ο Zhan, ένας σεισμολόγος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, ήταν εκεί τόσο για τη δουλειά του όσο και για τη διασκέδαση. Ενώ κρατούσε τη μικρή του κόρη και έβλεπε μπάντες και πλωτήρες καλυμμένους με λουλούδια να περνούν, ο Zhan ήξερε δύο θαμμένες ίνες οπτικών ινών πιο λεπτές από ανθρώπινη τρίχα κατέγραφαν δονήσεις από την παρέλαση.
Τα εκτεταμένα δίκτυα καλωδίων οπτικών ινών, τα οποία τροφοδοτούν τις σημερινές υπηρεσίες τηλεφώνου, τηλεόρασης και διαδικτύου, ξεφυτρώνουν σαν ρίζες κάτω από τις πόλεις. Από τότε που αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970 για να αντικαταστήσουν τα χάλκινα καλώδια, εκατομμύρια χιλιόμετρα οπτικών ινών έχουν εγκατασταθεί μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Αναμεταδίδουν δεδομένα αναπηδώντας το φως μέσα σε λεπτές λωρίδες γυαλιού, αλλά δεν χρησιμοποιούνται όλοι οι κλώνοι κάθε φορά. Τέτοιες «σκοτεινές ίνες» μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ως σεισμικοί αισθητήρες χαμηλού κόστους.
Τον Νοέμβριο του 2019, οι αξιωματούχοι της Πασαντένα παραχώρησαν στον Zhan και στους συνεργάτες του πρόσβαση σε δύο σκοτεινές ίνες, μήκους 37 χιλιομέτρων το καθένα. Οι ερευνητές συνέδεσαν λέιζερ που εκτόξευαν παλμούς κοντινού υπέρυθρου φωτός στο ένα άκρο κάθε κλώνου. Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός διέρρευσε τις ίνες, αλλά μια μικρή ποσότητα αντανακλήθηκε από ελαττώματα στο γυαλί. Οι ερευνητές μέτρησαν πότε αυτό το οπισθοσκέδαστο φως έφτασε στα όργανά τους. "Ακούτε ηχώ από αυτά τα ελαττώματα", λέει ο Zhan.
Επαναλαμβάνοντας αυτές τις μετρήσεις με την πάροδο του χρόνου και αναζητώντας αλλαγές στο χρονισμό των ηχών, οι ερευνητές μπόρεσαν να συμπεράνουν πότε οι δονήσεις είχαν τεντώσει μεμονωμένα τμήματα των ινών μήκους μέτρων κατά μόλις μερικά δισεκατομμυριοστά του μέτρου. «Ξαφνικά, έχετε δεκάδες χιλιάδες αισθητήρες», λέει ο Zhan. "Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να λάβετε άδεια για να συνδέσετε ένα όργανο." Αυτή η τεχνική, που ονομάζεται κατανεμημένη ακουστική αίσθηση, αναπτύχθηκε αρχικά από τον στρατό των ΗΠΑ τη δεκαετία του 1980 για την ανίχνευση υποβρυχίων. Τώρα επεκτείνεται για να μελετήσει σχεδόν οτιδήποτε περιλαμβάνει δονήσεις.
Η παρακολούθηση σεισμών είναι μια προφανής εφαρμογή, αλλά η κατανεμημένη ακουστική ανίχνευση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο το νερό κινείται μέσα στους παγετώνες και το σχηματισμό καταβόθρων, για παράδειγμα. «Υπάρχουν πάρα πολλές διαφορετικές εφαρμογές», λέει ο Jonathan Ajo-Franklin, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο Rice που έχει χρησιμοποιήσει κατανεμημένη ακουστική αίσθηση για να παρακολουθεί την απόψυξη του μόνιμου παγετού κοντά στο Fairbanks της Αλάσκας.
Ο Zhan και οι συνεργάτες του αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν το Rose Parade για να δοκιμάσουν το δίκτυο της Pasadena. Κατέγραψαν τις σεισμικές υπογραφές διερχόμενων ζωνών και πλωτών πορειών, μερικά από τα οποία ζύγιζαν πάνω από 15.000 κιλά. Η σεισμικά πιο «δυνατή» μπάντα πορείας — αυτή που τάραξε περισσότερο τον δρόμο— ήταν το Southern University και το A&M College από το Baton Rouge της Λουιζιάνα, ανέφερε η ομάδα την περασμένη εβδομάδα στο Seismological Research Letters . (Μπορείτε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο της απόδοσής τους εδώ.)
Ο Zhan και άλλοι ερευνητές οραματίζονται ένα μέλλον στο οποίο η κατανεμημένη ακουστική αίσθηση είναι πανταχού παρούσα. Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την παρακολούθηση σεισμών, αλλά και για την καταγραφή των προτύπων κυκλοφορίας, την αποκάλυψη αργών διαρροών σε θαμμένους αγωγούς και τον εντοπισμό παραβατών. «Μπορείς να το βάλεις γύρω από έναν φράχτη», λέει ο Ajo-Franklin. "Αν κάποιος προσπαθήσει να μπει κάτω από το φράχτη, μπορείτε να εντοπίσετε αυτόν τον κραδασμό."
Αυτό το μέλλον μπορεί να μην είναι πολύ μακρινό. Μεγάλες πόλεις όπως το Λος Άντζελες έχουν ήδη δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα ινών, λέει ο Zhan. "Αν μπορούμε να μετατρέψουμε μόνο ένα ποσοστό από αυτό σε σεισμικούς αισθητήρες, αυτό είναι ένα εκατομμύριο αισθητήρες."
