元旦、Zhongwen Zhan は、カリフォルニア州パサデナで開催された何十万人もの観客と一緒にローズ パレードに参加しました。しかし、カリフォルニア工科大学の地震学者である Zhan は、娯楽のためだけでなく、仕事のためにもそこにいました。彼が幼い娘を抱きしめ、マーチング バンドと花で覆われたフロートが通り過ぎるのを見ている間、Zhan は人間の髪の毛よりも細い 2 本の埋設された光ファイバー ストランドがパレードからの振動を記録していることを知っていました。
今日の電話、テレビ、インターネット サービスに電力を供給している光ファイバー ケーブルの無秩序なネットワークは、都市の下の根のように広がっています。銅ケーブルを置き換えるために 1970 年代に最初に開発されて以来、米国だけで何百万キロもの光ファイバーが敷設されてきました。それらはガラスの細いストランド内で光を跳ね返すことによってデータを中継しますが、すべてのストランドが常に使用されているわけではありません。このような「ダーク ファイバー」は、低コストの地震センサーとして再利用できます。
2019 年 11 月、パサデナの当局者は、Zhan とその協力者に、それぞれ 37 キロメートルの長さの 2 本のダーク ファイバーへのアクセスを許可しました。研究者は、近赤外光のパルスを各ストランドの一端に発射するレーザーを接続しました。ほとんどの光はファイバーを通り抜けましたが、ガラスの欠陥によってわずかに反射されました。研究者は、その後方散乱光がいつ自分の機器に到達したかを測定しました。 「これらの欠陥からの反響に耳を傾けます」と Zhan は言います。
時間をかけてこれらの測定を繰り返し、エコーのタイミングの変化を探すことで、研究者は、振動がファイバーの個々のメートル長のセクションを1メートルの数十億分の1だけ引き伸ばした時期を推測することができました. 「突然、何万ものセンサーができました」と Zhan 氏は言います。 「あなたがする必要があるのは、1 つの機器を接続する許可を取得することだけです。」分散型音響センシングと呼ばれるこの技術は、もともと 1980 年代に米軍が潜水艦を検出するために開発したものです。現在、振動を伴うほぼすべての研究に拡張されています。
地震の監視は当然のアプリケーションですが、分散型音響センシングは、氷河を通過する水の流れやシンクホールの形成などを研究するためにも使用できます。 「さまざまな用途があります」と、アラスカ州フェアバンクス近くの永久凍土の融解を追跡するために分散型音響センシングを使用した、ライス大学の地球物理学者であるジョナサン アジョ フランクリンは言います。
Zhan 氏と彼の同僚は、Rose Parade を使用してパサデナ ネットワークをテストすることにしました。彼らは通過するマーチング バンドや山車の地震の痕跡を記録しました。そのうちのいくつかは重さが 15,000 キログラムを超えていました。地震で最も「騒々しい」マーチング バンド (最も道路を揺るがしたもの) は、ルイジアナ州バトン ルージュのサザン大学と A&M カレッジであったと、チームは先週 Seismological Research Letters で報告しました。 . (ここで彼らのパフォーマンスのビデオを見ることができます。)
Zhan 氏と他の研究者は、分散型音響センシングがどこにでもある未来を思い描いています。地震の監視だけでなく、交通パターンの記録、埋設パイプラインのゆっくりとした漏れの発見、侵入者の特定にも使用できます。 「フェンスの周りに置くことができます」と Ajo-Franklin 氏は言います。 「誰かがフェンスの下に来ようとすると、その振動を検出できます。」
その未来はそう遠くないかもしれません。ロサンゼルスなどの大都市には、すでに数万キロのファイバーが敷設されていると Zhan 氏は言います。 「そのほんの数パーセントを地震センサーに変換できれば、それは 100 万個のセンサーになります。」
