【科學·近距離】

“你聽說過‘火箭地震學’嗎？”站在海口市雷瓊火山區的一處熔岩洞口前，海南省地震局局長助理陳波拋出了這個新鮮的概念。

此前，海南省地震局與北京大學、南方科技大學、中國地震局地球物理研究所等高校和科研機構組建研究團隊，為海南國際商業航天發射場提供安全保障。一次學術討論中，團隊忽然靈光一閃：能不能結合中國2030年前后實現載人登月的戰略目標，搞一搞“火箭地震學”？

在開展地震前沿科技研究的同時，團隊發現：幾乎在同一時間，美國猶他大學的研究者也在利用獵鷹9號火箭開展類似實証研究，驗証火箭作為人工震源的可行性，與團隊的想法不謀而合。“火箭地震學預期能成為航天與地球物理學、地震學等多學科交叉的新興領域。”陳波表示。

在火山熔岩洞做類月試驗

據陳波介紹，這片熔岩洞群位於我國規模最大的第四紀火山群之一——雷瓊火山，最近一次噴發在8000到12000年前，如今已是一座休眠火山。

這裡的熔岩洞，無論是形成形態還是成因，都與月球、火星表面的熔岩管高度相似，是難得的類行星“天然實驗室”。“借助海南的熔岩洞做類月試驗，不僅在探測腳下的火山迷宮，更在給未來的月球基地‘探路’。”陳波說。

據介紹，月球、火星等天體表面環境極其惡劣。以月球為例，它沒有大氣層，晝夜溫差極大，高能離子和微小隕石還會直接轟擊月表。而天然熔岩洞穴恰好能應對這些挑戰——部分熔岩管道可以隔絕九成以上的高能輻射，洞內溫度也相對恆定，是未來星際基地的理想載體。

“隨著我國航天技術的發展，以后火箭發射頻率會越來越高，這給我們提供了一個理想的可重復震源。”陳波透露，團隊已經完成了第一次探索性試驗，后續還會繼續深入研究，“爭取早日讓這套‘就地取材’的技術，真正服務於我國的探月工程。”

“全息CT”還原地下迷宮

為摸清熔岩洞的立體結構和深部構造，研究團隊搭建了一套融合了各種地震學科技的立體觀測網。

洞內，機器狗搭載激光雷達進行三維空間普查，精准捕捉洞壁的每一處形態細節﹔探地雷達則專門負責識別頂板厚度與內部裂隙分布。地表，一輛1.8噸重的可控震源車向地下發射穩定的人工地震波，布設在周圍的節點地震儀如同給大地做心電圖的探頭，靈敏捕捉震動信號。空中，無人機航磁高效探明地下的火山熔岩洞和隱伏斷裂，通過地磁數據反演揭示深部構造信息。

陳波表示，這些手段組合起來，就相當於為洞穴內部建立了一套高精度的三維模型。“此外，洞內布設的分布式光纖也在不間斷監聽地球脈動。地面震源加上地震儀，多種手段相互配合，等於給熔岩洞做了一次‘全息CT’，把地下迷宮清清楚楚地描繪了出來。”

學科意義遠在地球之外

這些探測火山熔岩洞結構的技術實踐，最終都指向了同一個更大的構想——火箭地震學，即把火箭發射和再入大氣時產生的巨大震動與聲波當作震源，用地震學的方法反推地下結構，甚至可以用來追蹤行星地質和太空碎片的軌跡。

把火箭發射當作主動震源，就有可能對行星的地下結構進行“隔空”成像，提前查明地下的災害風險和可用空間。“想要探測地下結構，火箭是一個低成本、高能量、覆蓋廣的震源。”陳波進一步解釋。

美國的獵鷹9號觀測研究表明，火箭發射激發的相干體波信號相對穩定，隨著相關原理方法的不斷探索，可反演出地下介質的P波和S波速度剖面，用於識別斷層、空洞、水冰乃至礦床。

那麼，火箭地震學涉及哪些學科？陳波說，除了地震學和地球物理學這兩個根基外，另一個關鍵支撐是航天技術相關學科，甚至還有可能拓展到儀器制造、數據通信、人工智能解譯以及跨學科管理等多個方向。

對於“火箭地震學”的未來構想，研究團隊充滿期待：“意義遠在地球之外。”