TheJanuary6,2016undergroundnucleartestcarriedoutbyNorthKorea

ÉszakKorea2016január6-iföldalattiatomrobbantása

IstvánBondár,BálintSüleandCsengeCzanik

HungarianAcademyofSciencesResearchCentreforAstronomyandEarthSciences

GeodeticandGeophysicalInstituteKövesligethyRadóSeismologicalObservatory

MagyarTudományosAkadémiaCsillagászatiésFöldtudományiKutatóközpont

GeodéziaiésGeofizikaiIntézetKövesligethyRadóSzeizmológiaiObszervatórium

TechnicalReport,MTACSFKGGIKRSZO2016/1

2016January15

2

NorthKoreahasclaimedtohavesuccesfullytestedahydrogenbombatitstestsite,Punggye-rion2016-01-0601:30:01UTC.Seismicrecordsconfirmthatanundergroundnuclearexplosionindeedtookplace,buttheclaimthatitwasathermonuclearbombisdisputedbyexperts.Thedifferencebetweenafission(atomic)andathermonuclear(hydrogen)weaponisthatthelatterusesafissionreactiontoignitethehydrogenfusionreaction.Hence,themuchlargeryieldofathermonucleardevicewouldproducealargermagnitudeeventthanafissiondevice.

Figure1showstheundergroundnucleartestscarriedoutbyNorthKoreasofar.Thesearesummarizedinthetablebelow.

OrigintimeKipattanásiidő

LatitudeSzélesség

LongitudeHosszúság

mb MSYieldTöltet

AuthorForrás

2006-10-0901:35:27 41.2867 129.0902 4.1 2.9 1kT IASPEI1

2009-05-2500:54:45 41.2925 129.0657 4.8 3.9 4kT IASPEI1

2013-02-1202:57:51 41.3143 129.0933 5.1 4.0 7kT ISC2

2016-01-0601:30:01 41.308 129.049 5.1 4.0 5-8kT USGS31IASPEIReferenceEventList(BondárandMcLaughlin,2009;Bennettetal.,2010).2 InternationalSeismologicalCentre,On-lineBulletin,http://www.isc.ac.uk,Internatl.Seis.Cent.,Thatcham,UnitedKingdom,2016.3USGeologicalSurveyNationalEarthquakeInformationCenterhttp://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/poster/2016/20160106.php

TheseismologicalstationsbelongingtotheHungarianNationalSeismologicalNetwork(Fig.2)haverecordednotonlythe2016-01-06undergroundnucleartest,butalsotheprevioustestsbyNorthKoreathatwereconductedin2006-10-09,2009-05-25and2013-02-12.

Figures3-6showthegrounddisplacementsrecordedattheHungarianstationsforthe2006-10-09,2009-05-25,2013-02-12andthe2016-01-06undergroundnucleartests.Thewaveformsarebandpassfilteredbetween1and5Hzandorderedbythedistancefromthesource.Thecloseststation,Tarpa(TRPA)isat69.9°(7,750km)andKövágótöttös(KOVH)isat73.5°(8,150km)awayfromthePunggye-ritestsite.Notethatthesignalsfromthe2006-10-09areobscuredbythebackgroundnoiseattheHungarianstations.

Assumingthatthesourcemechanismsofthefourundergroundtestsaresimilar,thustheywillproducesimilarsignalsthatonlydifferinamplitudes,wecanperformwaveformcross-correlationtodetectthesmallereventsembeddedinnoiseusingthesignalofalargereventwithhighersignal-to-noiseratio.ThisisillustratedinFigure7.ThesignalrecordedatMórágy(MORH;PKSMuntil2012)fromthe2016-01-06event(top)isslidedoveralongerwindowthatpresumablycontainsthesignalofthe2009-05-25event(middle).Thecross-correlationbetweenthewaveformsateachrelativewindowpositioniscalculatedtoproducethecross-correlationtrace(bottom).Theclearpeakinthecorrelationtracerepresentsthedetectionofthesmallereventinthenoisywaveform.Figure8showsthewaveformcross-correlationbetweenthe2016-01-06event(top)andthe2006-10-09event(middle)atMórágy.Inthiscasethecorrelationtrace

3

(bottom)showsnoindicationofthepresenceofthetemplatesignalinthetargetwindow.Weconcludethatthe2006-10-09testdidnotproducelargeenoughsignalstobedetectedattheHungarianNationalSeismologicalNetwork.

Figures9-12showthesignalsfromthe2009-05-25,2013-02-12andthe2016-01-06undergroundnuclearexplosionsrecordedatTarpa,Piszkéstető,MórágyandSopron.Thewaveformsareshiftedbythedifferentialtimeobtainedfromthewaveformcross-correlationbetweenthetracesusingthe2016-01-06eventastemplate.Thisoptimallyalignsthewaveformsonthefirst-arrivingPphase.Thebottomfiguresshowthewaveformsplottedinthesameframe.Theremarkablesimilaritybetweenthewaveformsofthethreeundergroundtestssuggeststhatthesourcemechanismsmusthavebeenverysimilar,castingfurtherdoubtontheclaimthatthe2016-01-06wasahydrogenbombexplosion.

References

Bennett,T.J.,V.Oancea,B.W.Barker,Y-L.Kung,M.Bahavar,B.C.Kohl,J.R.MurphyandI.K.Bondár,TheNuclearExplosionDatabase(NEDB):Anewdatabaseandwebsiteforaccessingnuclearexplosionsourceinformationandwaveforms,Seism.Res.Let.,81,12-25,2010.

Bondár,I.andK.McLaughlin,Anewgroundtruthdatasetforseismicstudies,Seism.Res.Let.,80,465-472,2009.

4

Észak-Koreahivatalosanbejelentette,hogysikereshidrogénbomba-robbantásthajtottvégre2016-01-0601:30:01UTCszerintaPunggye-rikísérletitelepen.Aszeizmikusfelvételekigazolják,hogyvalóbantörténtegyföldalattiatomrobbantás,deaszakértőkszerintkétséges,hogyezhidrogénbombalettvolna.Akülönbségafissziós(atom)ésatermonukleáris(hidrogén)bombaközöttaz,hogyazutóbbifissziósláncreakcióthasználahidrogénfúzióbeindításához.Emiattegytermonukleáriseszközjóvalnagyobbenergiafelszabadításanagyobbmagnitúdójúeseménytokozna,mintegyfissziósbomba.

Az1.ábraazÉszak-Koreaáltalvégrehajtottföldalattiatomrobbantásokhelyétmutatja,amelyeketazalábbitáblázatbansorolunkfel.

OrigintimeKipattanásiidő

LatitudeSzélesség

LongitudeHosszúság

mb MSYieldTöltet

AuthorForrás

2006-10-0901:35:27 41.2867 129.0902 4.1 2.9 1kT IASPEI1

2009-05-2500:54:45 41.2925 129.0657 4.8 3.9 4kT IASPEI1

2013-02-1202:57:51 41.3143 129.0933 5.1 4.0 7kT ISC2

2016-01-0601:30:01 41.308 129.049 5.1 4.0 5-8kT USGS31IASPEIReferenceEventList(BondárandMcLaughlin,2009;Bennettetal.,2010).2 InternationalSeismologicalCentre,On-lineBulletin,http://www.isc.ac.uk,Internatl.Seis.Cent.,Thatcham,UnitedKingdom,2016.3USGeologicalSurveyNationalEarthquakeInformationCenterhttp://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/poster/2016/20160106.php

AMagyarNemzetiSzeizmológiaiHálózatállomásai(2.ábra)nemcsaka2016-01-06földalattiatomrobbantást,hanemÉszak-Koreatöbbinukleáristesztjét,2006-10-09,2009-05-25és2013-02-12,isregisztrálták.

A3-6.ábráka2006-10-09,2009-05-25,2013-02-12ésa2016-01-06földalattiatomrobbantásoksoránmérttalajelmozdulásokatmutatjákamagyarállomásokon.Ahullámformákataz1-5Hztartománybanszűrtük,ésaforrástólszámítotttávolságalapjánrendeztük.AlegközelebbiállomásTarpa(TRPA)69.9°(7,750km),alegtávolabbipedigKővágótöttös(KOVH)73.5°(8,150km)távolságravanaPunggye-rikísérletiteleptől.Alegkisebbteszt,2006-10-09általkeltettjeleketelnyomjaaháttérzaj.

Feltételezhetjük,hogyanégyatomrobbantásforrásmechanizmusahasonló,ezérthasonló,csakamplitúdóbankülönbözőjeleketgenerálnak.Ígyakisebb,ezáltalzajosabbeseményekdetektálásárahullámformakeresztkorrelációtvégezhetünkanagyobb,jobbzel/zajarányúrobbantásokjeleitmintakénthasználva.Ezta7.ábraszemlélteti.A2016-01-06robbantásMórágyon(MORH,PKSM2012előtt)regisztráltjelét(felsőábra)végigfuttatjukazonahosszabbidőablakonamifeltehetőentartalmazzaakisebb,2009-05-25eseményáltalgeneráltjelet(középsőábra).Azegymásonelcsúszókétidőablakmindenegyesrelatívpozíciójánálkiszámítjukakorrelációsegyütthatóértékét,amiakeresztkorrelációscsatornáteredményezi(alsóábra).Azegyértelműenkimagaslócsúcsakorrelációscsatornánaztjelzi,hogysikeresendetektáltuka

5

kisebbeseményjelétazajosfelvételen.A8.ábraa2016-01-06esemény(felsőábra)ésa2006-10-09robbantás(középsőábra)regisztrátumaitmutatjaMórágyon.Ebbenazesetbenakorrelációscsatorna(alsóábra)nemutalakisebbeseményjelénekjelenlétéreazajosfelvételen,emiattarrakövetkeztetünk,hogya2006-10-09nukleáristesztnemprodukáltelégnagyjeletahhoz,hogydetektálnilehessenaMagyarNemzetiSzeizmológiaiHálózatállomásain.

A9-12.ábráka2009-05-25,2013-02-12ésa2016-01-06földalattiatomrobbantásokTarpán,Piszkéstetőn,MórágyonésSopronbanregisztráltjeleitmutatja.Ahullámformákata2016-01-06eseménykeresztkorrelációjábólnyertidőkülönbségekkeltoltukel;ezoptimálisanfedésbehozzaahullámformákonazelsőPbeérkezéseket.Azalsóábrákonahullámformákategymásrarajzoltuk.Ajelekköztiszembeötlőhasonlóságarrautal,hogyaháromföldalattiatomrobbantásforrásmechanizmusanagyonhasonlókellett,hogylegyen,amitovábbikétségekettámasztarravonatkozóan,hogya2016-01-06atomkísérlethidrogénbombalettvolna.

Hivatkozások

Bennett,T.J.,V.Oancea,B.W.Barker,Y-L.Kung,M.Bahavar,B.C.Kohl,J.R.MurphyandI.K.Bondár,TheNuclearExplosionDatabase(NEDB):Anewdatabaseandwebsiteforaccessingnuclearexplosionsourceinformationandwaveforms,Seism.Res.Let.,81,12-25,2010.

Bondár,I.andK.McLaughlin,Anewgroundtruthdatasetforseismicstudies,Seism.Res.Let.,80,465-472,2009.

6

Figure1.TheUSGSNEICeventsummarypostershowsthelocationsoftheundergroundnucleartestscarriedoutbyNorthKorea.(http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/poster/2016/20160106.php)

7

Figure2.ThestationsoftheHungarianNationalSeismologicalNetwork.

8

Figure3.Waveformsinthetimewindowoftheexpectedarrivalsfromthe2006-10-0901:35:27undergroundnuclearexplosionrecordedatthestationsoftheHungarianNationalSeismologicalNetwork.

9

Figure4.Waveformsinthetimewindowoftheexpectedarrivalsfromthe2009-05-2500:54:45undergroundnuclearexplosionrecordedatthestationsoftheHungarianNationalSeismologicalNetwork.

10

Figure5.Waveformsinthetimewindowoftheexpectedarrivalsfromthe2013-02-1202:57:51undergroundnuclearexplosionrecordedatthestationsoftheHungarianNationalSeismologicalNetwork.

11

Figure6.Waveformsinthetimewindowoftheexpectedarrivalsfromthe2016-01-0601:30:01undergroundnuclearexplosionrecordedatthestationsoftheHungarianNationalSeismologicalNetwork.

12

Figure7.Correlationdetectionofthe2009-05-25eventusingthe2016-01-06eventastemplateatMórágy.Thetemplatewindow(top)isslidedoverthetarget(middle)windowandthecross-correlationiscalculatedateachposition(bottom).Thepeakinthecorrelationtraceshowsacleardetectionofthetemplatesignalinthetargetwaveform.

13

Figure8.Correlationdetectionofthe2006-10-09eventusingthe2016-01-06eventastemplateatMórágy.Thetemplatewindow(top)isslidedoverthetarget(middle)windowandthecross-correlationiscalculatedateachposition(bottom).Thecorrelationtraceshowsnoindicationofpresenceofthetemplatesignalinthetargetwaveform.

14

Figure9.Signalsfromthe2009-05-25,2013-02-12and2016-01-06eventsalignedonthefirst-arrivingPphaseatthestationTarpa.

15

Figure10.Signalsfromthe2009-05-25,2013-02-12and2016-01-06eventsalignedonthefirst-arrivingPphaseatthestationPiszkéstető.

16

Figure11.Signalsfromthe2009-05-25,2013-02-12and2016-01-06eventsalignedonthefirst-arrivingPphaseatthestationMórágy.

17

Figure12.Signalsfromthe2009-05-25,2013-02-12and2016-01-06eventsalignedonthefirst-arrivingPphaseatthestationSopron.