Услышать ядро планеты? Как обычный шторм «просвечивает» ядро Земли и помогает изучать другие планеты

Представьте себе ярость зимнего шторма где-нибудь в Северной Атлантике. Ветер завывает, гигантские волны обрушиваются на водную гладь, корабли ищут укрытия. Кажется, это стихия, ограниченная поверхностью нашей планеты. Но что, если я скажу вам, что отголоски этой бури, невидимые и неслышимые для нас, несут бесценную информацию прямо из самого сердца Земли? Звучит как научная фантастика? А вот и нет! Ученые из Австралийского национального университета (АНУ) недавно показали, как именно это происходит, и их выводы открывают захватывающие перспективы не только для изучения нашей планеты, но и для заглядывания в недра далеких миров.

Когда океан «говорит» с ядром: что такое PKP-волны?

В центре этого исследования — явление, которое сейсмологи называют «микросейсмическим шумом». Казалось бы, шум — это помеха, то, от чего стараются избавиться. Но в данном случае этот «шум» — настоящий Клондайк информации. Рождается он от взаимодействия бушующего океана с твердой земной корой. Представьте: колоссальные массы воды давят, ударяют, создают вибрации, которые, подобно ряби на воде, распространяются вглубь планеты.

Но самое интересное начинается, когда эти вибрации достигают определенных условий. Мощные циклоны, бушующие, например, у берегов Гренландии или Ньюфаундленда, способны генерировать особый тип сейсмических волн — так называемые PKP-волны. Что же это за таинственные волны? Их название — это, по сути, описание их маршрута:

• P — волна проходит через мантию Земли (это первичная, или продольная, волна, самая быстрая).
• K — затем она входит во внешнее жидкое ядро планеты (здесь она тоже ведет себя как P-волна).
• И снова P — пройдя сквозь ядро, волна опять выходит в мантию и устремляется к поверхности.

То есть, PKP-волны — это своего рода сейсмические «курьеры», которые доставляют нам весточку прямиком из центра Земли, проделав путь через ее ядро! И австралийские ученые научились эти «послания» ловить.

Австралийский «слух»: как поймать шепот из недр?

А почему именно Австралия? Дело в том, что для регистрации таких слабых сигналов нужны особые условия. Во-первых, «тишина»: удаленные от городской суеты и промышленной активности места. Во-вторых, географическое положение: Австралия находится на противоположной стороне земного шара от Северной Атлантики, что делает ее идеальным «приемником» для волн, прошедших через самый центр планеты.

Команда АНУ под руководством профессора Хрвое Ткалчича и аспиранта Абхая Пандея подошла к делу с изобретательностью. Они развернули две уникальные системы — спиральные решетки сейсмометров размером 50 на 50 километров в удаленных уголках Квинсленда и Западной Австралии. Представьте себе не просто один датчик, а целую сеть, хитроумно расположенную в виде спирали. Такая конфигурация значительно повышает чувствительность и позволяет отфильтровать нужные сигналы от общего фона.

И это сработало! Во время австралийского лета, когда в Северной Атлантике бушуют зимние штормы, эти решетки смогли зафиксировать те самые PKP-волны, рожденные океанской яростью за тысячи километров оттуда. Ученые смогли даже точно определить «горячие точки» их зарождения — южную оконечность Гренландии и глубоководные районы Северной Атлантики.

«Сигналы крошечные, часто ниже порога обнаружения одиночного сенсора, — поясняет Абхай Пандей. — Но наша инфраструктура и методы анализа данных позволяют их выловить». И это не просто спортивный интерес. Понимая, как эти волны распространяются, мы получаем новый инструмент для картографирования внутреннего строения Земли под Австралией.

Не только Земля: планетарная сейсмология без землетрясений?

И вот тут начинается самое захватывающее. Если мы можем «слушать» ядро Земли с помощью штормов, то почему бы не применить этот метод к другим планетам? Ведь далеко не на каждом небесном теле есть землетрясения или активная тектоника плит, которые являются традиционными источниками сейсмических волн для изучения недр.

Профессор Ткалчич рисует поистине фантастическую картину: «Если мы сможем доставить решетку сейсмометров на поверхность небольшой планеты, где нет землетрясений, наш метод может пригодиться для сканирования ее недр, используя атмосферные или скрытые океанические (если они есть) сигналы, подобные тем, что мы изучали».

Подумайте только! Это открывает путь к исследованию планет, считавшихся «сейсмически мертвыми». Можно будет определять наличие у них ядра, его размеры и состояние, даже если на поверхности нет ни вулканов, ни следов движения литосферных плит. А это ключевая информация для понимания эволюции планеты, ее потенциальной обитаемости и магнитосферы (если она есть). Ледяные спутники Юпитера или Сатурна, возможно, скрывающие подледные океаны? Их тоже можно будет «прослушать» таким способом, если там есть какие-то аналоги «штормов» или другие источники вибраций.

Сложности и нюансы «штормовой сейсмологии»

Конечно, все не так просто. На пути от шторма к сейсмометру сигнал претерпевает множество влияний:

• Интенсивность самого циклона: чем мощнее буря, тем сильнее сигнал.
• Глубина океана и рельеф дна: они влияют на то, как энергия волн передается твердой Земле.
• Расстояние до источника: чем дальше, тем слабее сигнал.
• Частотный диапазон: исследователи из АНУ сосредоточились на периодах волн от четырех до шести секунд — именно в этом диапазоне сигналы от штормов наиболее информативны для их целей.

К тому же, Северная Атлантика хоть и сейсмически активна, но землетрясения там обычно не настолько сильны, чтобы их волны можно было эффективно использовать для изучения самых глубоких слоев Земли с другой стороны планеты. Микросейсмический шум от штормов здесь выступает как неожиданный, но очень ценный альтернативный источник данных.

Что дальше?

Работа австралийских ученых — это яркий пример того, как нестандартный взгляд на известные явления может привести к прорывам. Они, по сути, превратили «шум» в полезный сигнал, открыв новое окно не только в недра нашей собственной планеты, но и, потенциально, в таинственные глубины других миров Солнечной системы.

Этот метод, конечно, потребует дальнейшего развития и адаптации для внеземных условий. Нужны будут сверхчувствительные приборы, способные работать в экстремальных условиях других планет, и сложные алгоритмы для анализа данных. Но перспектива заглянуть внутрь планеты, не дожидаясь ее собственного «чиха» в виде землетрясения, поистине вдохновляет. Кто знает, какие секреты скрывают недра Марса, Венеры или далеких ледяных гигантов, и, возможно, именно «шепот бурь» поможет нам их однажды услышать.