从火山熔岩洞探测到月球基地建设

“你听说过‘火箭地震学’吗？”站在海口市雷琼火山区的一处熔岩洞口前，海南省地震局局长助理陈波抛出了这个新鲜的概念。

此前，海南省地震局与北京大学、南方科技大学、中国地震局地球物理研究所等高校和科研机构组建研究团队，为海南国际商业航天发射场提供安全保障。一次学术讨论中，团队忽然灵光一闪：能不能结合中国2030年前后实现载人登月的战略目标，搞一搞“火箭地震学”？

在开展地震前沿科技研究的同时，团队发现：几乎在同一时间，美国犹他大学的研究者也在利用猎鹰9号火箭开展类似实证研究，验证火箭作为人工震源的可行性，与团队的想法不谋而合。“火箭地震学预期能成为航天与地球物理学、地震学等多学科交叉的新兴领域。”陈波表示。

在火山熔岩洞做类月试验

据陈波介绍，这片熔岩洞群位于我国规模最大的第四纪火山群之一——雷琼火山，最近一次喷发在8000到12000年前，如今已是一座休眠火山。

这里的熔岩洞，无论是形成形态还是成因，都与月球、火星表面的熔岩管高度相似，是难得的类行星“天然实验室”。“借助海南的熔岩洞做类月试验，不仅在探测脚下的火山迷宫，更在给未来的月球基地‘探路’。”陈波说。

据介绍，月球、火星等天体表面环境极其恶劣。以月球为例，它没有大气层，昼夜温差极大，高能离子和微小陨石还会直接轰击月表。而天然熔岩洞穴恰好能应对这些挑战——部分熔岩管道可以隔绝九成以上的高能辐射，洞内温度也相对恒定，是未来星际基地的理想载体。

“随着我国航天技术的发展，以后火箭发射频率会越来越高，这给我们提供了一个理想的可重复震源。”陈波透露，团队已经完成了第一次探索性试验，后续还会继续深入研究，“争取早日让这套‘就地取材’的技术，真正服务于我国的探月工程。”

“全息CT”还原地下迷宫

为摸清熔岩洞的立体结构和深部构造，研究团队搭建了一套融合了各种地震学科技的立体观测网。

洞内，机器狗搭载激光雷达进行三维空间普查，精准捕捉洞壁的每一处形态细节；探地雷达则专门负责识别顶板厚度与内部裂隙分布。地表，一辆1.8吨重的可控震源车向地下发射稳定的人工地震波，布设在周围的节点地震仪如同给大地做心电图的探头，灵敏捕捉震动信号。空中，无人机航磁高效探明地下的火山熔岩洞和隐伏断裂，通过地磁数据反演揭示深部构造信息。

陈波表示，这些手段组合起来，就相当于为洞穴内部建立了一套高精度的三维模型。“此外，洞内布设的分布式光纤也在不间断监听地球脉动。地面震源加上地震仪，多种手段相互配合，等于给熔岩洞做了一次‘全息CT’，把地下迷宫清清楚楚地描绘了出来。”

学科意义远在地球之外

这些探测火山熔岩洞结构的技术实践，最终都指向了同一个更大的构想——火箭地震学，即把火箭发射和再入大气时产生的巨大震动与声波当作震源，用地震学的方法反推地下结构，甚至可以用来追踪行星地质和太空碎片的轨迹。

把火箭发射当作主动震源，就有可能对行星的地下结构进行“隔空”成像，提前查明地下的灾害风险和可用空间。“想要探测地下结构，火箭是一个低成本、高能量、覆盖广的震源。”陈波进一步解释。

美国的猎鹰9号观测研究表明，火箭发射激发的相干体波信号相对稳定，随着相关原理方法的不断探索，可反演出地下介质的P波和S波速度剖面，用于识别断层、空洞、水冰乃至矿床。

那么，火箭地震学涉及哪些学科？陈波说，除了地震学和地球物理学这两个根基外，另一个关键支撑是航天技术相关学科，甚至还有可能拓展到仪器制造、数据通信、人工智能解译以及跨学科管理等多个方向。

对于“火箭地震学”的未来构想，研究团队充满期待：“意义远在地球之外。”