Геофізики з Німеччини придумали спосіб, за допомогою якого можна точно вимірювати коливання швидкості сейсмічних хвиль, пов'язані з деформаціями породи. Зокрема, вченим вдалося співвіднести коливання швидкості з приливними силами. При цьому вчені не створювали сейсмічні хвилі штучно і покладалися на дані тільки однієї сейсмологічної станції. Стаття опублікована в, коротко про неї повідомляє.
Як правило, геологічні породи неоднорідні, а тому їх еластичні властивості істотно залежать від величини докладеної сили. Теоретично це дозволяє оцінити напруженість породи за допомогою сейсмічних хвиль, швидкість яких безпосередньо пов'язана з еластичними властивостями породи. Такі оцінки необхідні при розробці шахт і будівництві; крім того, з їх допомогою можна спостерігати за геологічними процесами в околиці вулканів і геологічних розломів. На жаль, встановити, як швидкість сейсмічних хвиль пов'язана з напруженістю конкретної породи, дуже складно. Звичайно, таку залежність можна отримати в лабораторії, точно контролюючи склад і напруженість породи, однак перенести цей результат на реальні системи, склад яких невідомий, а сила впливу неконтрольована, практично неможливо через високу похибку даних. Тому вченим доводиться розробляти альтернативні методи, за допомогою яких еластичні властивості породи можна виміряти безпосередньо.
В основному, такі методи діляться на дві групи. З одного боку, можна влаштувати контрольований вибух і виміряти параметри народжених сейсмічних хвиль. Цей метод дозволяє отримати досить точні результати, проте через високу вартість і складність вчені рідко до нього вдаються. З іншого боку, можна відстежувати природні події і кореляції між деформаціями порід і природним шумом за допомогою тисяч сейсмологічних станцій, розташованих по всьому світу. Цей спосіб порівняно дешевий, однак його точність не дозволяє зробити будь-яких значущих висновків. Досі вченим вдавалося, в кращому випадку, розрізнити періоди підвищеної і зниженої напруженості порід, пов'язані з приливними силами (тобто тяжінням Місяця).
Геофізики Крістоф Сенс-Шенфельдер (Christoph Sens-Schönfelder) і Том Ойленфельд (Tom Eulenfeld) придумали, як виміряти еластичні властивості породи точно, швидко і дешево. Вчені використовували автокореляційну техніку, щоб отримати відлуння-імпульсну кореляційну функцію (pulse-echo Green's function). Іншими словами, фізики записували сейсмічний сигнал однієї-єдиної станції і шукали в ньому сліди сейсмічних хвиль, які пройшли через детектор, відбилися від породи і повернулися до нього назад.
Для спостережень вчені вибрали станцію Патаче (PATCX - Patache), яка знаходиться в пустелі Атакама в північній частині Чилі. Ця станція відстежує зміни швидкості сейсмічних хвиль, пов'язані як з землетрусами, так і з тепловими деформаціями оточуючих її порід. В основному порода в околиці станції являє собою «гіпсобетонну» матрицю (gypcrete), в яку включені численні уламки евапоритів (гіпсу або галиту). Фізики збирали дані рівно дванадцять років, з 1 січня 2007 і по 31 грудня 2018. Відносна похибка вимірювань при цьому не перевищувала однієї тисячної відсотка.
Аналізуючи зібрані дані, дослідники виявили, що швидкість сейсмічних хвиль періодично коливається, причому коливання розбиваються на суму коливань з різною амплітудою і періодом. Період найбільш помітних коливань (амплітудою близько одного відсотка) приблизно дорівнює року. Вчені пов'язують ці коливання з сезонним нагріванням і охолодженням порід. Крім того, на періодичний сигнал іноді накладаються «сплески» від сильних землетрусів і наступних афтершоків.
При більш пильному розгляді вчені також виявили коливання, скорельовані з теоретично розрахованою напругою від приливних деформацій геологічних порід. Період таких коливань склав 12 годин 25 хвилин і 12 годин 39 хвилин. Перший період в точності збігається з періодом, протягом якого Земля повертається до Місяця протилежною стороною (12 годин + 12 годин/27 діб). Більш довгі коливання враховують невелике відхилення орбіти Місяця від ідеальної еліптичної. Крім того, дослідники помітили ще кілька коливань, періоди і амплітуди яких були скорельовані з приливними силами Місяця і Сонця. Втім, крім «приливних» коливань швидкості вчені зафіксували безліч коливань з періодом близько чотирьох, чотирьох діб, які не були пов'язані з приливними силами, але мали порівнянну амплітуду. Ці коливання фізики пов'язують з деформаціями порід, які викликають перепади температури протягом дня.
Автори статті підкреслюють високу точність свого методу і сподіваються, що в майбутньому його використовуватимуть у більш практичних завданнях. Зокрема, фізики пропонують дослідити з його допомогою склад порід, що залягають під поверхнею Марса.
Незважаючи на те, що приливні сили Місяця порівняно невеликі, вони викликають ряд цікавих ефектів (крім припливів, очевидно). Наприклад, у 2014 році американські кліматологи за допомогою супутників виявили коливання атмосферного тиску, пов'язані з місячною гравітацією: коли Місяць знаходиться у вас над головою або прямо під ногами, атмосферний тиск підвищується. Більше того, через два роки вчені показали, що від цих коливань залежить рівень опадів у тропіках. У 2016 році японські сейсмологи показали, що приливні сили можуть бути пов'язані з катастрофічними землетрусами: найбільш сильні і руйнівні землетруси відбуваються під час повного місяця і новолунія. Для цього вчені проаналізували дані про десять тисяч землетрусів, що сталися за останні двадцять років. А в 2017 році фізики використовували приливні сили для перевірки теорії, яка могла б об'єднати Стандартну модель і Загальну теорію відносності. Якби ця модель була правильною, місячна гравітація порушувала б лоренц-інваріантність рівнянь руху.