Hvert år siden 1970 har astronomer, geologer, geofysikere og en række andre specialister mødtes for at deltage i Lunar and Planetary Science Conference (LPCS). Denne årlige begivenhed, der er sponsoreret af Lunar and Planetary Institute (LPI) og NASAs Johnson Space Center (JSC), er en chance for forskere fra hele verden til at dele og præsentere den nyeste planetariske forskning vedrørende Jordens eneste måne.
I år var en af de største opmærksomhedsfangere resultaterne, der blev præsenteret tirsdag den 17. marts af et team af studerende fra Purdue University. Under ledelse af en kandidatstuderende fra universitetets Institut for Jord-, Atmosfære- og Planetvidenskab indikerer undersøgelsen, de delte, at der kan være stabile lavarør på månen, dem store nok til at rumme hele byer.
Ud over at være et mål for fremtidige geologiske og geofysiske undersøgelser, kunne eksistensen af disse rør også være en velsignelse for den fremtidige efterforskning af menneskets rum. Grundlæggende, hævdede de, kunne sådanne store, stabile underjordiske tunneler give et hjem for menneskelige bosættelser og beskytte dem mod skadelig kosmisk stråling og ekstreme temperaturer.
Lavaslanger er naturlige ledninger dannet af flydende lava, der bevæger sig under overfladen som et resultat af et vulkanudbrud. Når lavaen bevæger sig, afkøles den ydre kanter og danner en hærdet, kanallignende skorpe, som efterlades, når lavastrømmen stopper. I nogen tid har Lunar-forskere spekuleret i, om lavastrømme forekommer på Månen eller ej, hvilket fremgår af tilstedeværelsen af svindelige ruller på overfladen.
Sinyous rilles er smalle fordybninger i månens overflade, der ligner kanaler, og har en krumme stier, der bugter over landskabet som en floddal. Det antages i øjeblikket, at disse ruller er resterne af sammenbrudte lavarør eller uddødde lavastrømme, som er sikkerhedskopieret af det faktum, at de normalt begynder på stedet for en uddød vulkan.
De, der tidligere er blevet observeret på Månen, spænder i størrelse op til 10 kilometer i bredden og hundreder af kilometer i længden. I den størrelse ville eksistensen af et stabilt rør - dvs. et, der ikke var kollapset for at danne en svindende rille - være stort nok til at rumme en større by.
Af hensyn til deres undersøgelse undersøgte Purdue-teamet, om lavarør i samme skala kunne eksistere under jorden. Hvad de fandt, var, at stabiliteten af et lavarør var afhængig af et antal variabler - inklusive bredde, tagtykkelse og spændingstilstanden for den afkølede lava. forskere modellerede også lavarør med vægge skabt af lava placeret i et tykt lag og med lava placeret i mange tynde lag.
David Blair, en kandidatstuderende i Purdues afdeling for jord-, atmosfæriske og planetariske videnskaber, førte undersøgelsen, der undersøgte, om tomme lavarør, der var mere end 1 kilometer bred, kunne forblive strukturelt stabile på månen.
”Vores arbejde er noget unikt, da vi har kombineret talenterne for mennesker fra forskellige afdelinger i Purdue,” fortalte Blair til Space Magazine via e-mail. "Med vejledning fra prof. Bobet (en civilingeniørprofessor) har vi været i stand til at integrere en moderne forståelse af bergmekanik i vores computermodeller af lavarør for at se, hvordan de faktisk kan svigte og bryde under månens tyngdekraft."
Med henblik på deres forskning konstruerede teamet en række modeller af lavarør i forskellige størrelser og med forskellige tagtykkelser for at teste stabilitet. Dette bestod af, at de kontrollerede hver model for at se, om den forudsagde fiasko et sted i lavaslangens tag.
”Det, vi fandt, var overraskende,” fortsatte Blair, ”i at meget større lavarør er teoretisk mulige end hvad der tidligere blev troet. Selv med et tag, der kun er nogle få meter tykke, kan lava-rør, der er en kilometer bred, muligvis forblive stående. Årsagen til at det dog er lidt mindre overraskende. Det sidste arbejde, vi kunne finde om emnet, er fraApollo æra, og brugte en meget enklere tilnærmelse af lavaslangens form - en flad bjælke til et tag.
Undersøgelsen, som han refererer til, ”Om oprindelsen af månens sinuous rilles”, blev offentliggjort i 1969 i tidsskriftet Moderne geologi. I den fremførte professorer Greeley, Oberbeck og Quaide argumentet om, at dannelse af en sinuous rilles var bundet til sammenbruddet af lavastrømningsrør, og at stabile måske stadig eksisterer. Ved beregning af et fladt bjælketag fandt deres arbejde en maksimal lavarørstørrelse på lige under 400 m.
”Vores modeller bruger en geometri, der mere ligner det, der ses i lavarør på Jorden,” sagde Blair, ”en slags halv-elliptisk form med et buet tag. At et buet tag lader et større lavaslange forblive stående giver mening: mennesker har siden antikken vidst, at buede tag tillader, at tunneler eller broer forbliver stående med bredere spænder. ”
Purdue-undersøgelsen bygger også på tidligere undersøgelser foretaget af JAXA og NASA, hvor billeder af "ovenlysvinduer" på Månen - dvs. huller i månens overflade - bekræftede tilstedeværelsen af huler mindst nogle få titalls meter på tværs. Dataene fra NASAs månegravitationsgenopretning og interiørlaboratorium (GRAIL) - som viste store variationer i tykkelsen på Månens skorpe fortolkes stadig, men kan også være en indikation af store fordybninger under jorden.
Som et resultat er Blair overbevist om, at deres arbejde åbner nye og gennemførlige forklaringer på mange forskellige typer observationer, der er blevet foretaget før. Tidligere var det uundgåeligt, at der kunne findes store, stabile huler på Månen. Men takket være sit teams teoretiske undersøgelse er det nu kendt, at det under de rette betingelser er mindst muligt.
Et andet spændende aspekt af dette arbejde er de implikationer, det giver for fremtidig efterforskning og endda kolonisering på Månen. Spørgsmålet om beskyttelse mod stråling er allerede et stort spørgsmål. Da månen ikke har nogen atmosfære, vil kolonister og landbrugsoperationer ikke have nogen naturlig afskærmning mod kosmiske stråler.
"Geologisk stabile lavarør ville absolut være en velsignelse for efterforskningen af menneskets rum," kommenterede Blair. ”En sådan grotte kan være et rigtig ideelt sted til at opbygge en månebase og generelt til at støtte en vedvarende menneskelig tilstedeværelse på Månen. Ved at gå nogle få meter under overfladen, afhjælper du pludselig mange af problemerne med at forsøge at bebo månens overflade. ”
Grundlæggende, ud over at beskytte mod stråling, vil en underjordisk base undgå problemer af mikrometeoritter og de ekstreme temperaturændringer, der er almindelige på månens overflade. Hvad mere er, stabile lavarør under jorden kunne også gøre opgaven med at presse en base for menneskelig beboelse lettere.
”Folk har studeret og talt om alle disse ting før,” tilføjede Blair, “men vores arbejde viser, at de slags muligheder potentielt kunne eksistere - nu er vi bare nødt til at finde dem. Mennesker har boet i huler siden begyndelsen, og det kan også give mening på Månen! ”
Foruden Melosh, Blair og Bobet inkluderer teammedlemmer Loic Chappaz og Rohan Sood, kandidatstuderende på School of Aeronautics and Astronautics; Kathleen Howell, Purdues Hsu Lo professor i luftfarts- og astronautik; Andy M. Freed, lektor i jord-, atmosfæriske og planetariske videnskaber; og Colleen Milbury, en postdoktorisk forskningsassistent i Institut for Jord, Atmosfærisk og Planetenskab.
