Hvert år siden 1970 har astronomer, geologer, geofysikere og en rekke andre spesialister møttes for å delta på Lunar and Planetary Science Conference (LPCS). Dette årlige arrangementet, som er sponset av Lunar and Planetary Institute (LPI) og NASAs Johnson Space Center (JSC), er en sjanse for forskere fra hele verden å dele og presentere den nyeste planetariske forskningen om Jordas eneste måne.
I år var en av de største oppmerksomhetsfangerne funnene som ble presentert tirsdag 17. mars av et team av studenter fra Purdue University. Under ledelse av en doktorgradsstudent fra universitetets Institutt for jord-, atmosfæriske og planetariske vitenskaper, indikerer studien de delte at det kan være stabile lavarør på månen, de som er store nok til å huse hele byer.
I tillegg til å være et mål for fremtidige geologiske og geofysiske studier, kan eksistensen av disse rørene også være en velsignelse for fremtidig utforskning av menneskelig rom. I utgangspunktet, hevdet de, kunne så store, stabile underjordiske tunneler gi et hjem for menneskelige bosetninger og beskytte dem mot skadelig kosmisk stråling og ekstreme temperaturer.
Lavastrør er naturlige ledninger dannet av flytende lava som beveger seg under overflaten som et resultat av et vulkanutbrudd. Når lavaen beveger seg, avkjøles ytterkantene av den og danner en herdet, kanallignende skorpe som blir liggende igjen når lavastrømmen stopper. I en tid har Lunar-forskere spekulert i om lavastrømmer skjer på månen eller ikke, noe som fremgår av tilstedeværelsen av sindige ruller på overflaten eller ikke.
Sinuous rilles er smale fordypninger i månens overflate som ligner kanaler, og har en buet sti som bugner over landskapet som en elvedal. Det antas for tiden at disse rullene er restene av kollapsede lavarør eller utdødde lavastrømmer, noe som er støttet av det faktum at de vanligvis begynner på stedet for en utdødd vulkan.
De som har blitt observert på månen i det siste varierer i størrelse på opptil 10 kilometer i bredde og hundrevis av kilometer i lengde. I den størrelsen ville eksistensen av et stabilt rør - dvs. et som ikke hadde kollapset for å danne en sinuøs rille - være stort nok til å romme en storby.
For studiens skyld undersøkte Purdue-teamet om lavarør i samme skala kunne eksistere under jorden. Det de fant var at stabiliteten til et lavarør var avhengig av en rekke variabler - inkludert bredde, taktykkelse og spenningstilstanden til den avkjølte lavaen. forskerne modellerte også lavarør med vegger skapt av lava plassert i ett tykt lag og med lava plassert i mange tynne lag.
David Blair, en doktorgradsstudent ved Purdues Department of Earth, Atmospheric and Planetetary Sciences, ledet studien som undersøkte om tomme lavarør over 1 kilometer bredt kunne forbli strukturelt stabile på månen.
"Arbeidet vårt er noe unikt ved at vi har kombinert talentene til mennesker fra forskjellige avdelinger på Purdue," sa Blair til Space Magazine via e-post. "Med veiledning fra prof. Bobet (professor i sivilingeniør) har vi vært i stand til å innlemme en moderne forståelse av bergmekanikk i datamaskinmodellene våre for laverør for å se hvordan de faktisk kan mislykkes og brytes under månetyngdekraften."
For forsknings skyld konstruerte teamet en rekke modeller av lava-rør i forskjellige størrelser og med forskjellige taktykkelser for å teste stabilitet. Dette besto av at de sjekket hver modell for å se om den spådde svikt noe sted i lava-rørets tak.
"Det vi fant var overraskende," fortsatte Blair, "i og med at mye større lavarør er teoretisk mulig enn det som tidligere var trodd. Selv med et tak som er bare noen få meter tykke, kan lava rør en kilometer bred kunne være stående. Årsaken til at imidlertid er litt mindre overraskende. Det siste arbeidet vi kunne finne om emnet er fraApollo epoken, og brukte en mye enklere tilnærming av lavarørformen - en flat bjelke for et tak.
Studien han viser til, "On the origin of lunar sinuous rilles", ble publisert i 1969 i tidsskriftet Moderne geologi. I den fremførte professorene Greeley, Oberbeck og Quaide argumentet om at sinuøs rilledannelse var knyttet til sammenbruddet av lavastrømmerørene, og at stabile kan fortsatt eksistere. Beregningen for et flatbjelketak fant arbeidet deres en maksimal lavarørstørrelse på i underkant av 400 moh.
"Våre modeller bruker en geometri som ligner mer på det som sees i lavarør på jorden," sa Blair, "en slags halv elliptisk form med et buet tak. Det faktum at et buet tak lar et større lavarør stå stående er fornuftig: mennesker har visst siden antikken at buede tak lar tunneler eller broer stå stående med bredere spenn. ”
Purdue-studien bygger også på tidligere studier utført av JAXA og NASA der bilder av “takvinduer” på Månen - dvs. hull i månens overflate - bekreftet tilstedeværelsen av huler minst noen titalls meter over. Dataene fra NASAs månens tyngdekraftsgjenoppretting og interiørlaboratorium (GRAIL) - som viste store variasjoner i tykkelsen på Månens skorpe, tolkes fortsatt, men kan også være en indikasjon på store fordypninger i overflaten.
Som et resultat er Blair trygg på at deres arbeid åpner for nye og gjennomførbare forklaringer på mange forskjellige typer observasjoner som er gjort før. Tidligere var det uten grunn at store, stabile huler kunne eksistere på Månen. Men takket være teamets teoretiske studie, er det nå kjent at det under de rette forholdene er minst mulig.
Et annet spennende aspekt ved dette arbeidet er implikasjonene det gir for fremtidig utforskning og til og med kolonisering på Månen. Spørsmålet om beskyttelse mot stråling er allerede et stort spørsmål. Gitt at månen ikke har noen atmosfære, vil kolonister og landbruksoperasjoner ikke ha noen naturlig skjerming mot kosmiske stråler.
"Geologisk stabile lavarør vil absolutt være en velsignelse for utforskning av menneskets rom," kommenterte Blair. En slik grotte kan være et veldig ideelt sted for å bygge en månebase, og generelt for å støtte en vedvarende menneskelig tilstedeværelse på Månen. Ved å gå under overflaten enda noen få meter, avbøter du plutselig mange av problemene med å prøve å bebo månens overflate. ”
I utgangspunktet, i tillegg til å beskytte mot stråling, vil en undergrunnsbase omgå problemet med mikrometeoritter og de ekstreme temperaturendringene som er vanlige på månens overflate. Dessuten kan stabile lavarør under overflaten også gjøre oppgaven med å presse en base for menneskelig bebyggelse enklere.
"Folk har studert og snakket om alle disse tingene før," la Blair til, "men vårt arbeid viser at slike muligheter potensielt kan eksistere - nå må vi bare finne dem. Mennesker har bodd i huler siden begynnelsen, og det kan være fornuftig på månen også! ”
I tillegg til Melosh, Blair og Bobet inkluderer teammedlemmer Loic Chappaz og Rohan Sood, hovedfagsstudenter ved School of Aeronautics and Astronautics; Kathleen Howell, Purdues Hsu Lo-professor i luftfarts- og astronautikk; Andy M. Freed, førsteamanuensis i jord-, atmosfær- og planetarvitenskap; og Colleen Milbury, postdoktorisk forsker ved Institutt for jord-, atmosfæriske og planetiske vitenskaper.
