Лунные пещеры

Немую короткометражку 1902 года Le voyage dans la Lune (Путешествие на Луну) часто считают одним из первых в мире научно-фантастических фильмов. Примерно за двенадцать сюрреалистических минут фильм рассказывает об удивительных приключениях шести астрономов- астронавтов на Луне. Весёлый экипаж, одетый как волшебники, грузится в капсулу и пушкой отправляется на встречу нашему спутнику. Благополучно “приземлившись”, храбрая шестёрка спускается в пещеры, где обнаруживает гигантские грибы. Затем их захватывает местное население – насекомообразные лунатики, и ведут ко двору своего короля.

Конечно, пушкой для отправки человека на Луну мы пользоваться не будем, да и первый контакт под лунной поверхностью тоже фантазия. Но по крайней мере один аспект фильма оказался верным : на Луне есть пещеры. Наши знания о них ограничены, но от этого они не становятся менее привлекательными мишенями для будущих исследователей космоса. На самом деле, когда-нибудь эти пещеры могут стать нашим домом.

Итак мы решили, ну или собираемся жить в лунной пещере, тогда нам необходимо лучше понять наш новый дом. На Земле причиной возникновения подобных объектов является эрозия, а так как на Луне мы не встретим жидкой воды, можно предположить что на Луне первопричиной появления является (являлся) вулканизм.

Горячая лава начинает извергаться и стекать по склону вулкана, неравномерно охлаждаясь. Наружный слой потока остывает быстрее чем внутренний, формируя корку. Внутренний же продолжает оставаться достаточно горячим и продолжает движение проедая туннели и формируя пещеры названные лавовыми трубками.

Подобные объекты встречаются и на Земле – в Исландии, на острове Чеджу (Ю.Корея) и в восточной Африке. Большинство из них длиной в пару километров, но не все. Например пещера Казумура на Большом острове (Гавайи) имеет длину 65 км, и в некоторых местах, её ширина составляет почти 2 метра.

Но на Луне при зарождении подобных формаций действуют иные правила. “Луна-это экстремальная среда”, – говорит Трейси К. П. Грегг, вулканолог из Университета Буффало. “Если бы мы взяли [вулкан] и просто переместили его на поверхность нашего спутника, мы бы заметили разницу как в самом процессе извержения так и в возникновении лавовых пещер.”

Как известно ночь на Луне длится чуть более 14 земных суток, и температура может упасть до −170 °C. Извергающая лава при подобных температурах остывает гораздо быстрее, точнее быстрее остывает её наружная оболочка. К тому же лунная лава, как правило, более текуча, чем земная лава, что позволяет ей перемещаться с большей скоростью.

И это конечно это ещё не все различия между двумя мирами. Ещё один фактор – гравитация : сила притяжения на Луне составляет всего одну шестую часть от земной, что влияет на саму структуру основы будущих пещер. Возможно лунные пещеры сделаны из более прочного материала : “Там нет воды”, – говорит Дэвид Блэр, координатор научных исследований из Brown University. – Здесь нет ни океанов…ни рек…ни дождя. И поэтому [лунная] порода остаётся более прочной, в течение более длительного периода времени.”

В совокупности эти факторы могут означать, что лавовые трубки Луны могут затмить даже самые большие из их земных аналогов. Когда Блэр был аспирантом в Purdue University, он провёл своё исследование. Его работа предполагала, что лунные лавовые трубки могут быть около 5 км в поперечнике—достаточно широкими, чтобы разместить в них остров Манхэттен. И эта работа показывает как мало мы знаем о нашей луне, даже спустя полвека после миссии “Аполлона”.

“В семидесятых годах было сделано несколько обоснованных предположений…но они основывались на устаревших знаниях о лунных материалах”, – говорит Блейр. “И в течение следующих десятилетий, эти предположения оставались основой для нашего понимания о формировании лунных пещер.”

Интересно что одна из миссий программы (Apollo 15)совершил посадку в Хэдли Рилл, который можно считать одним из проявлений как лунного вулканизма так и появлением лунных трубок, хотя он выглядит как обычное русло реки.

До сих пор нет научного консенсуса о том, как образовались эти извилистые рытвины, но одна теория утверждает : это были лавовые трубки, верхняя часть которых (крышка) со временем просто рухнула. образовав канал. Если это правда, то наблюдения действительно подтверждают теорию Дэвида Блэра.
14 сентября 2007 года с японского космодрома стартовала миссия, благодаря которой были получены более убедительные доказательства – миссия Kaguya. Бесформенный кубоид, официально известный как Селенологический и технологический исследовательский аппарат (SELENE), был запущен Японским агентством аэрокосмических исследований для измерения гравитационного поля Луны и наблюдения за её поверхностью. Наблюдая за изрезанным ландшафтом, называемым холмами Мариуса, одна из камер запечатлела необычную дыру размером с “Боинг-747”.

Судя по углу наклона её тени, учёные пришли к выводу, что глубина этой дыры превышает её ширину, что в значительной степени исключало возможность того, что это был ударный кратер.

В 2011 яму Marius Hills посетил ещё один аппарат – LRO, который обнаружил подобные объекты и на Северном полюсе Луны. Несколько лет спустя уже миссия GRAIL обнаружила по крайне мере десять аномалий в гравитационном поле Луны. Исследователи полагают, что это своего рода отпечатки подземных пещер шириной более километра.

Но пока у наших исследователей нет изображений внутренней части лунной лавовой трубки, все теории о возникновении и формировании остаются теориями. “Насколько они длинные, насколько обширны – это остаётся для нас загадкой”, – говорит Анджело Пио Росси, геолог из Бременского университета Якобса в Германии.

Идея использовать лунную лавовую трубку в качестве места обитания человека на самом деле не нова; она существует по крайней мере с 1980-х годов, и именно поэтому они остаются первоочередными объектами для исследований. И сейчас , когда человечество готово вернуться на Луну — на этот раз навсегда, если всё пойдет по плану,—возникает новая волна интереса к этой идее.

Да жить и работать на поверхности Луны идея заманчивая. Но что делать с постоянной бомбардировкой небольшими метеоритами, которые не сгорают без атмосферы, что делать с опасным излучением и большими перепадами температур? С другой стороны пещера как жильё обеспечит встроенной защитой от всех этих невзгод. Жизнь под поверхностью может также облегчить доступ будущему лунному населению к залежам льда-ценному источнику воды. Трудно недооценивать, насколько это облегчило бы жизнь на Луне.

Но, опять же, наши познания об этих объектах сформированы на основе теорий и нескольких изображений. Итак, помимо обеспечения достаточной безопасности , что же нам необходимо узнать о нашем будущем доме?

“Это можно сравнить с покупкой дома, – говорит Грегг. – Вы не купите дом, с прохудившейся крышей, которая вот-вот рухнет. Ну или для начала проведёте капитальный ремонт жилья перед переездом.” И конечно убедимся что у нас достаточно места – комфортно жить не запретишь, даже если наше пребывание будет коротким.

Мы ещё не знаем существует ли идеальное жильё для будущих миссий, но прежде чем самим искать его на Луне мы можем отправить наших помощников – роботов. Действительно, исследование таких пещер “является одним из следующих вызовов для NASA”, говорит Али Ага, исследователь Лаборатории реактивного движения (JPL). А в последнее десятилетие проектировщики ряда миссий предложили свои идеи для автономного исследования лавовых трубок.

Но планирование подобных подземных миссий требует преодоления логистических препятствий, с которыми мало кто из исследователей космоса сталкивался раньше. Как вы будете общаться с аппаратом, находящимся под поверхностью? Как попасть внутрь лавовой пещеры?

Планы по исследованию пещер резко сдвинулись с места в 2019 году, когда Европейское космическое агентство (ЕSА) заявило о приёме заявок от заинтересованных групп. Пять различных групп отправили свои проекты в ЕSА, каждая из которых рассматривала эти проблемы и их решения—привязанные марсоходы, рой роботов, шарообразный аппарат. На сегодняшний день количество изучаемых проектов уменьшилось до двух, и в настоящее время они проводят более углублённое исследование.

Одна группа фокусируется на том, как войти в лавовую трубку. Их решение состоит в том, чтобы использовать кран, опускающий ровер внутрь пещеры. Соединительный кабель может одновременно служить связующим звеном с аппаратом, снабжая его энергией и позволяя ему общаться с группой исследователей. Это будет первый в истории лунный кран, работающий при низкой гравитации и при отсутствии атмосферы.

https://twitter.com/ESA_CAVES/status/1374431633659457549/

Ровер, называемый Дедалом, является целью для второй группы, которая представляет его в виде сферы. Это будет первый сферический ровер, форма которого может идеально подойти для исследования пещер.

Когда Дедал спустится через окошко в крыше пещеры, он начнет передавать изображение окружающего его мира. Ровер будет сканировать пещеру с помощью лидара (лазерного радара), что позволит ему составить карту пещеры—и определить ее вместительность—даже в темноте, измерять температуру и уровень радиации.

Важно отметить, что это всего лишь концепты. То, что в итоге получится как полноценная миссия может резко отличаться от этих проектов. Довольно скоро ESA примет окончательное решение какая именно концепция подходит, и если всё пойдёт хорошо, эта миссия ЕSА может быть запущена примерно в начале 2030-х годов.

А до тех пор геологи смогут оценить, что же нас ожидает на Луне посещая их аналоги на Земле . Посещая их, учёные могут не только узнать больше о лавовых трубках в целом—как они формируются и растут—они могут проверить оборудование, которое они смогут однажды использовать, они могут попрактиковаться в управлении роботами в труднодоступной и извилистой среде.

Команда Дедала, например, ранее работала на Лансароте на Канарских островах. Пещеры там неплохой аналог лунных – вулканы там молоды, а в пещерах нет растительности.

На другом берегу океана роботы уже работают по исследования лавовых трубок в Lava Beds National Monument , в рамках проекта NASA BRAILLE. Роботы , испытываемые здесь, разработаны и созданы командой CoSTAR, международной группой, в которую входят учёные и инженеры из JPL.

Люди хотят исследовать не только пещеры на Луне —в конце концов, лавовые трубки не ограничиваются Луной. Подобные пещеры, вероятно, существуют на планете Меркурий, спутнике Юпитера Ио и в любом другом мире, где есть лава. Лавовые трубки определённо существуют на Марсе, и также были предложены в качестве мест обитания человека. Вполне возможно, что эти пещеры служили убежищем для жизни— и, возможно, до сих пор служат ей домом.

Источник