Tussen 1969 en 1972 zijn er tijdens het Apollo ruimtevaartproject seismometers geplaatst op de maan. Deze apparaten meten trillingen en zogenaamde maanbevingen aan het oppervlak van de maan. Deze vier seismometers hebben tot eind 1977 metingen verricht. De meetgegevens zijn nu opnieuw onderzocht door een team van Franse en Amerikaanse wetenschappers, die hierover gepubliceerd hebben in Sciencexpress. Uit deze metingen haalde ze informatie over de opbouw van de maan die nog niet eerder ontdekt was.

Het blijkt dat de maan uit een vaste binnenkern bestaat van zo’n vierhonderd kilometer doorsnede met daaromheen een gesmolten laag van negentig kilometer dik. Daaromheen zit weer een half gesmolten mantel. Deze opbouw is ruwweg hetzelfde als bij de aarde. Opvallend is dat het ruim dertig jaar heeft geduurd voordat iemand deze informatie uit de gegevens heeft gehaald. Hoe kan het dat wetenschappers dit niet eerder ontdekt hadden?

Volgens Renee Weber, NASA wetenschapper die ook meewerkte aan het onderzoek is het nu pas gelukt door een combinatie van oude en nieuwe technieken te gebruiken. ´Twee technieken waren al bij eerder onderzoek toegepast, maar door een derde techniek te gebruiken konden we in het ruizige signaal maanbevingen waarnemen die gereflecteerd werden van de kern.´ Aldus Weber.

De maan heeft net zoals de aarde continu ‘last’ van bevingen en trillingen. Maanbevingen vinden plaats op een diepte tussen de 700 en 1200 kilometer. Stel je voor dat er een maanbeving plaatsvindt. De trillingen worden in de maan doorgegeven naar de seismometer op het oppervlak. Een maanbeving, en ook een aardbeving, gaat echter alle kanten op. Niet alleen beweegt de trilling naar boven, hij beweegt ook naar beneden en kan dan worden gereflecteerd op de kern.

Dat zit zo. Trillingen, of het nu in lucht, water of de aarde is, worden gereflecteerd wanneer ze in een medium terecht komen met een andere dichtheid. Een bekend voorbeeld is de echo die je hoort als je in een gebouw staat. De geluidsgolven worden gereflecteerd tegen de muren die een andere dichtheid hebben dan de lucht. Dit geldt ook voor bijvoorbeeld lichtgolven. Dit is de reden dat je jezelf altijd een beetje kan zien in een glazen ruit. Golven zullen altijd een beetje reflecteren wanneer ze in een andere dichtheid terecht komen.

Terug naar de maan. Wanneer de trilling van de maanbeving naar beneden beweegt (hij gaat immers alle kanten op) stuit die vanzelf op de kern van de maan. Omdat vloeistoffen en vaste stoffen een andere dichtheid hebben, zul je op de grenslagen een reflectie zien. Weber vertelt dat: ‘je op de seismometer eerst een grote piek ziet van de directe trilling, dan een piek van de reflectie op de buitenste mantel, dan van de binnenste mantel die weer een stuk dieper ligt en tot slot van de kern. Omdat de trilling er langer over doet om de steeds dieper gelegen lagen te bereiken, zul je steeds later weer reflectiepiekjes krijgen. Met het tijdsverschil tussen de piekjes kan je berekenen hoe diep de verschillende lagen zitten.’

Volgens Renee Weber waren dit soort technieken al vaker gebruikt op aarde. Maar omdat het signaal van de reflecties zo klein is, was het erg lastig om ze te ontdekken tussen alle ruis in de maanmetingen. Het maanoppervlak is heel erg korrelig en rotsachtig en daardoor ontstaat er veel ruis. Volgens Weber is het: ‘alsof er een extra trilling of een soort bibbering bovenop het signaal zit’. Door slimme filtering technieken was de onderzoeksgroep in staat deze ruis trillingen weg te halen en het signaal te verbeteren.

Deze filtering maakt gebruik van het feit dat bij verschillende seismometers de ruis overal willekeurig is, maar dat het echte signaal min of meer hetzelfde moet zijn. Een computer kan willekeurige gedeeltes verwijderen en de ruis dus verminderen. Door het gebruik van meerdere sensoren was de groep in staat om het echte signaal boven water te krijgen. Door een slimme combinatie van oude en nieuwe technieken hebben wetenschappers na dertig jaar tot de kern van de maan doorgedrongen. Het komt niet vaak voor dat wetenschappers meetgegevens kunnen gebruiken die ouder zijn dan zij zelf.

Diederik Jekel

Renee Weber e.a., Seismic Detection of the Lunar Core, Sciencexpress, 6 januari 2011