Dùng sóng hấp dẫn phát hiện động đất sớm hơn nhiều so với sóng địa chấn

Hậu quả của trận sóng thần do động đất năm 2011 ở Nhật Bản - Ảnh: Getty Images

Do sóng hấp dẫn lan truyền với tốc độ ánh sáng nhanh hơn nhiều so với sóng địa chấn thông thường đến từ các trạm địa chấn, nên trong trường hợp sóng thần, có thể giúp cứu sống nhiều người.

Động đất gây ra sự phân phối lại nhanh chóng các khối trong ruột Trái đất và tạo ra sóng địa chấn - sóng nén dọc (sóng P) và sóng ngang (sóng S), lan truyền theo bề mặt và trong khối đất đá. Tốc độ của sóng P - từ 8 đến 13 km mỗi giây, tùy thuộc vào tính chất của môi trường và sóng S - ít hơn khoảng 2 lần.

Ngoài ra, động đất làm phát sinh các nhiễu loạn hấp dẫn, tức là sóng hấp dẫn. Chúng di chuyển với tốc độ ánh sáng và do đó có thể đến các trạm địa chấn ở xa sớm hơn nhiều so với sóng P địa chấn nhanh nhất.

Ngay từ đầu những năm 2000, các nhà khoa học đã cố gắng phát hiện những nhiễu loạn này, sẽ xuất hiện trước khi sóng P xuất hiện, nhưng tín hiệu từ động đất không thể phân biệt được với tiếng ồn nền.

Cuối cùng, vào năm 2016, nhà địa vật lý người Pháp Jean-Paul Montagner và các đồng nghiệp đã có thể cô lập tín hiệu hấp dẫn của trận động đất. Họ đã phân tích dữ liệu thu thập được trong trận động đất mạnh nhất ở Nhật Bản vào tháng 3 năm 2011, cường độ lên tới 9,1. Chính trận động đất này đã làm xuất hiện sóng thần, gây ra thảm họa tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima.

Trong trận động đất, Đài thiên văn Kamioka của Nhật Bản có một máy đo trọng lực siêu dẫn, là thiết bị duy nhất ở Nhật Bản thực hiện các phép đo với tần suất đủ để phân tích - mỗi giây một lần. Biên độ là khoảng 0,15 microgal, phù hợp với dự đoán của các mô hình lý thuyết (0,1 microgal).

Nhóm khoa học từ Trung tâm Khoa học Trái đất của Đức ở Potsdam, do nhà nghiên cứu Sebastian Heimann dẫn đầu, đã sửa đổi chương trình QSSP, ban đầu được dự định để tổng hợp địa chấn cho một mô hình đối xứng hình cầu của Trái đất, có tính đến ảnh hưởng của đại dương và bầu khí quyển.

Các công cụ phần mềm trước đây được sử dụng để lập mô hình sóng hấp dẫn của trận động đất là rất phức tạp và đòi hỏi máy tính công suất lớn. Cách tiếp cận mới cho giải quyết vấn đề chính xác hơn, nhưng không cần máy tính công suất lớn.

Sử dụng thuật toán mới này, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng sóng hấp dẫn từ trận động đất năm 2011. Dữ liệu thu được từ họ phù hợp với kết quả mô hình hóa của các nhóm khác sử dụng các mô hình phức tạp hơn và máy tính mạnh hơn đáng kể.

Vũ Trung Hương