Каждый год, начиная с 1970 года, астрономы, геологи, геофизики и множество других специалистов собираются вместе для участия в Лунной и Планетарной научной конференции (LPCS). Это ежегодное мероприятие, спонсируемое Лунным и Планетарным Институтом (ФИАН) и Космическим Центром Джонсона (АО) НАСА, дает ученым со всего мира возможность поделиться и представить последние исследования планет, касающиеся единственной луны Земли.
В этом году одним из самых захватывающих событий стали результаты, представленные во вторник, 17 марта, группой студентов из Университета Пердью. Проведенное ими аспирантом факультета наук о Земле, атмосфере и планетах университета, исследование, которым они поделились, указывает на то, что на Луне могут быть стабильные лавовые трубки, достаточно большие для размещения целых городов.
Помимо того, что они являются целью будущих геологических и геофизических исследований, существование этих труб также может быть благом для будущих исследований космоса человеком. По сути, они утверждали, что такие большие, устойчивые подземные туннели могут служить домом для населенных пунктов, защищая их от вредного космического излучения и экстремальных температур.
Лавовые трубы - это естественные каналы, образованные текущей лавой, которая движется под поверхностью в результате извержения вулкана. Когда лава движется, ее внешние края охлаждаются, образуя затвердевшую каналообразную корку, которая остается после остановки потока лавы. В течение некоторого времени лунные ученые размышляли о том, происходят ли потоки лавы на Луне, о чем свидетельствует наличие извилистых выпуклостей на поверхности.
Извилистые ризы - это узкие впадины на лунной поверхности, которые напоминают каналы, и имеют изогнутые пути, извилистые по ландшафту, как долина реки. В настоящее время считается, что эти риллы являются остатками разрушенных лавовых труб или потухших лавовых потоков, что подтверждается тем фактом, что они обычно начинаются на месте потухшего вулкана.
Те, что наблюдались на Луне в прошлом, имеют размеры до 10 километров в ширину и сотни километров в длину. При таких размерах существование стабильной трубы, то есть такой, которая не разрушилась, образуя извилистую гору, было бы достаточно велико, чтобы вместить крупный город.
Ради своего исследования команда Пердью исследовала, могут ли лавовые трубки того же масштаба существовать под землей. Они обнаружили, что стабильность лавовой трубки зависела от ряда переменных, включая ширину, толщину крыши и напряженное состояние охлажденной лавы. Исследователи также смоделировали лавовые трубки со стенами, созданными лавой, помещенными в один толстый слой, и с лавой, помещенной во множество тонких слоев.
Дэвид Блэр, аспирант кафедры наук о Земле, атмосфере и планете Пердью, руководил исследованием, в котором рассматривалось, могут ли пустые лавовые трубки шириной более 1 километра оставаться структурно устойчивыми на Луне.
«Наша работа несколько уникальна тем, что мы объединили таланты людей из разных департаментов Пердью», - сказал Блэр в интервью журналу Space Magazine по электронной почте. «Под руководством профессора Бобета (профессора гражданского строительства) мы смогли включить современное понимание механики горных пород в наши компьютерные модели лавовых труб, чтобы увидеть, как они могут на самом деле выходить из строя и разрушаться при лунной гравитации».
Ради своего исследования команда создала несколько моделей лавовых труб разных размеров и с разной толщиной крыши для проверки на устойчивость. Это состояло в том, что они проверяли каждую модель, чтобы увидеть, предсказывает ли она отказ где-нибудь на крыше лавовой трубы.
«То, что мы обнаружили, было удивительно, - продолжил Блэр, - в том, что теоретически возможны гораздо большие лавовые трубки, чем предполагалось ранее. Даже при толщине крыши всего несколько метров лавовые трубы шириной в километр могут оставаться на месте. Причина, однако, немного менее удивительна. Последняя работа, которую мы смогли найти по этому вопросу,Аполлон эры, и использовал гораздо более простое приближение формы трубы лавы - плоский луч для крыши.
Исследование, на которое он ссылается, «О происхождении лунных извилистых рилл», было опубликовано в 1969 году в журнале Современная геология, В ней профессора Грили, Обербек и Куэйде выдвинули аргумент, что образование извилистых рилл связано с разрушением трубок потока лавы, и что стабильные из них могут существовать. Рассчитывая для плоской кровли, их работа обнаружила максимальный размер лавовой трубы чуть менее 400 м.
«Наши модели используют геометрию, более похожую на ту, что наблюдается в лавовых трубах на Земле, - сказал Блэр, - своего рода полуэллиптическая форма с арочной крышей. Тот факт, что арочная крыша позволяет большей лавовой трубе оставаться стоящей, имеет смысл: с древних времен люди знали, что арочные крыши позволяют туннелям или мостам стоять на более широких пролетах ».
Исследование Пердью также основано на предыдущих исследованиях, проведенных JAXA и НАСА, где изображения «световых люков» на Луне - то есть отверстий на лунной поверхности - подтвердили наличие пещер шириной не менее нескольких десятков метров. Данные из лунной Лаборатории гравитационного восстановления и внутренних работ НАСА (GRAIL), которые показали большие различия в толщине коры Луны, все еще интерпретируются, но могут также указывать на большие подземные углубления.
В результате Блэр уверен, что их работа открывает новые и реальные объяснения для многих различных типов наблюдений, которые были сделаны ранее. Раньше было непостижимо, что на Луне могут существовать большие стабильные пещеры. Но благодаря теоретическому изучению его команды теперь известно, что при надлежащих условиях это наименее возможно.
Другим интересным аспектом этой работы являются последствия, которые она предлагает для будущих исследований и даже колонизации на Луне. Уже сейчас проблема защиты от радиации является большой. Учитывая, что на Луне нет атмосферы, колонисты и сельскохозяйственные операции не будут иметь естественную защиту от космических лучей.
«Геологически стабильные лавовые трубки будут абсолютно благом для исследования космоса человеком», - прокомментировал Блэр. «Подобная пещера может быть действительно идеальным местом для строительства лунной базы и, как правило, для поддержания постоянного присутствия человека на Луне. Пройдя под поверхностью даже на несколько метров, вы внезапно уменьшите множество проблем, связанных с попыткой заселить лунную поверхность ».
В основном, в дополнение к защите от радиации, подземное основание могло бы обойти проблемы микрометеоритов и экстремальных изменений температуры, которые распространены на поверхности Луны. Более того, стабильные подповерхностные лавовые трубки также могут облегчить задачу создания основы для обитания человека.
«Люди уже изучали и говорили обо всем этом раньше, - добавил Блэр, - но наша работа показывает, что такие возможности потенциально могут существовать - теперь нам просто нужно их найти. Люди с самого начала жили в пещерах, и это может иметь смысл и на Луне! »
Помимо Мелоша, Блэра и Бобета в состав команды входят Лоик Чаппаз и Рохан Соуд, аспиранты Школы аэронавтики и космонавтики; Кэтлин Хауэлл, профессор аэронавигации и космонавтики имени Пердью Хсу Ло; Энди М. Фрид, доцент наук о Земле, атмосферных и планетарных науках; и Коллин Милбери, научный сотрудник Отдела наук о Земле, атмосфере и планетах.
