Hàng năm kể từ năm 1970, các nhà thiên văn học, nhà địa chất, nhà địa vật lý và một loạt các chuyên gia khác đã cùng nhau tham gia Hội nghị Khoa học Mặt trăng và Hành tinh (LPCS). Được đồng tài trợ bởi Viện Mặt trăng và Hành tinh (LPI) và Trung tâm Vũ trụ NASA (Johnson), sự kiện thường niên này là cơ hội để các nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới chia sẻ và trình bày nghiên cứu hành tinh mới nhất liên quan đến mặt trăng chỉ có mặt trăng.
Năm nay, một trong những điều thu hút sự chú ý lớn nhất là những phát hiện được trình bày vào thứ ba, ngày 17 tháng 3 bởi một nhóm sinh viên từ Đại học Purdue. Được dẫn dắt bởi một sinh viên tốt nghiệp từ Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh, nghiên cứu mà họ chia sẻ chỉ ra rằng có thể có những ống dung nham ổn định trên mặt trăng, những cái đủ lớn để chứa toàn bộ thành phố.
Ngoài việc là mục tiêu cho các nghiên cứu địa chất và địa vật lý trong tương lai, sự tồn tại của các ống này cũng có thể là một lợi ích cho việc thám hiểm không gian của con người trong tương lai. Về cơ bản, họ lập luận, những đường hầm ngầm lớn, ổn định như vậy có thể cung cấp một ngôi nhà cho các khu định cư của con người, che chắn họ khỏi bức xạ vũ trụ có hại và cực đoan về nhiệt độ.
Các ống dung nham là các ống dẫn tự nhiên được hình thành bởi dòng dung nham đang di chuyển bên dưới bề mặt do hậu quả của một vụ phun trào núi lửa. Khi dung nham di chuyển, các cạnh bên ngoài của nó nguội đi, tạo thành một lớp vỏ cứng giống như kênh bị bỏ lại sau khi dòng dung nham dừng lại. Trong một thời gian, các nhà khoa học Mặt trăng đã suy đoán xem liệu dòng dung nham có xảy ra trên Mặt trăng hay không, bằng chứng là sự hiện diện của các rạn hình sin trên bề mặt.
Rạn quanh co là những vùng trũng hẹp trên bề mặt mặt trăng giống với các kênh và có một đường cong uốn khúc quanh khu vực như một thung lũng sông. Hiện tại người ta tin rằng những rilles này là phần còn lại của các ống dung nham bị sụp đổ hoặc dòng dung nham tuyệt chủng, được hỗ trợ bởi thực tế chúng thường bắt đầu tại vị trí của một ngọn núi lửa đã tuyệt chủng.
Những người đã được quan sát trên Mặt trăng trong phạm vi quá khứ có kích thước lên tới 10 km chiều rộng và chiều dài hàng trăm km. Ở kích thước đó, sự tồn tại của một ống ổn định - tức là một ống không bị sụp đổ để tạo thành một rille tội lỗi - sẽ đủ lớn để chứa một thành phố lớn.
Vì lợi ích của nghiên cứu của họ, nhóm Purdue đã khám phá liệu các ống dung nham có cùng quy mô có thể tồn tại dưới lòng đất hay không. Những gì họ tìm thấy là sự ổn định của ống dung nham phụ thuộc vào một số biến số - bao gồm chiều rộng, độ dày mái và trạng thái ứng suất của dung nham nguội. Các nhà nghiên cứu cũng mô hình hóa các ống dung nham với những bức tường được tạo ra bởi dung nham được đặt trong một lớp dày và với dung nham được đặt trong nhiều lớp mỏng.
David Blair, một sinh viên tốt nghiệp Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh, dẫn đầu nghiên cứu xem xét liệu các ống dung nham rỗng rộng hơn 1 km có thể duy trì cấu trúc ổn định trên mặt trăng hay không.
Công việc của chúng tôi có phần độc đáo ở chỗ chúng tôi đã kết hợp tài năng của mọi người từ các phòng ban khác nhau tại Purdue, ông Blair nói với Tạp chí Không gian qua email. Với sự hướng dẫn của Giáo sư Bobet (một giáo sư kỹ thuật dân dụng), chúng tôi đã có thể kết hợp một sự hiểu biết hiện đại về cơ học đá vào các mô hình máy tính của chúng ta về các ống dung nham để xem làm thế nào chúng có thể thực sự thất bại và phá vỡ dưới trọng lực mặt trăng.
Vì lợi ích của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một số mô hình ống dung nham có kích cỡ khác nhau và độ dày mái khác nhau để kiểm tra độ ổn định. Điều này bao gồm họ kiểm tra từng mô hình để xem liệu nó có dự đoán được sự thất bại ở bất cứ đâu trên mái nhà ống nham thạch hay không.
Những gì chúng tôi tìm thấy thật đáng ngạc nhiên, trên đỉnh cao Ngay cả với một mái nhà chỉ dày vài mét, các ống dung nham rộng một km vẫn có thể đứng vững. Lý do tại sao, mặc dù, là một chút ít ngạc nhiên. Công việc cuối cùng chúng ta có thể tìm thấy về chủ đề này là từApollo thời đại, và sử dụng một xấp xỉ đơn giản hơn nhiều về hình dạng ống dung nham - một chùm phẳng cho mái nhà.
Nghiên cứu mà ông đề cập đến, về nguồn gốc của rilles tội lỗi mặt trăng, được xuất bản năm 1969 trên tạp chí Địa chất hiện đại. Trong đó, các giáo sư Greeley, Oberbeck và Quaide đưa ra lập luận rằng sự hình thành rilles tội lỗi gắn liền với sự sụp đổ của các ống dòng dung nham, và những cái ổn định vẫn có thể tồn tại. Tính toán cho một mái nhà dẹt, công việc của họ tìm thấy kích thước ống dung nham tối đa chỉ dưới 400 m.
Các mô hình của chúng tôi sử dụng một hình học tương tự như những gì mà Vĩ thấy trong các ống dung nham trên Trái đất, ông Blair nói, một loại hình nửa hình elip có mái vòm. Thực tế là một mái vòm cho phép một ống dung nham lớn hơn đứng vững có ý nghĩa: con người đã biết từ thời cổ đại rằng mái vòm cho phép các đường hầm hoặc cây cầu đứng với các nhịp rộng hơn.
Nghiên cứu Purdue cũng dựa trên các nghiên cứu trước đây được thực hiện bởi JAXA và NASA, nơi hình ảnh của các giếng trời trên mặt trăng - tức là các lỗ trên bề mặt mặt trăng - đã xác nhận sự hiện diện của hang động ít nhất vài chục mét. Dữ liệu từ Phòng thí nghiệm Phục hồi Trọng lực và Phục hồi Trọng lực Mặt trăng của NASA (GRAIL) - cho thấy sự thay đổi lớn về độ dày của lớp vỏ Mặt trăng vẫn đang được giải thích, nhưng cũng có thể là dấu hiệu của các hốc lõm dưới bề mặt lớn.
Do đó, Blair tự tin rằng công việc của họ mở ra những giải thích mới và khả thi cho nhiều loại quan sát khác nhau đã được thực hiện trước đó. Trước đây, không thể tin được rằng các hang động lớn, ổn định có thể tồn tại trên Mặt trăng. Nhưng nhờ vào nghiên cứu lý thuyết nhóm của anh ấy, giờ đây người ta biết rằng trong những điều kiện thích hợp, điều đó là ít nhất có thể.
Một khía cạnh thú vị khác mà công việc này là ý nghĩa mà nó mang lại cho việc thăm dò trong tương lai và thậm chí là thuộc địa trên Mặt trăng. Vấn đề bảo vệ chống phóng xạ là một vấn đề lớn. Cho rằng Mặt trăng không có bầu khí quyển, thực dân và các hoạt động nông nghiệp sẽ không có sự che chắn tự nhiên khỏi các tia vũ trụ.
Những ống dung nham ổn định về mặt địa chất hoàn toàn sẽ là một lợi ích cho việc thám hiểm không gian của con người, ông Blair nhận xét. Một hang động như thế có thể là một nơi thực sự lý tưởng để xây dựng căn cứ mặt trăng và nói chung là để hỗ trợ sự hiện diện của con người bền vững trên Mặt trăng. Bằng cách đi xuống dưới bề mặt thậm chí vài mét, bạn đột nhiên giảm thiểu rất nhiều vấn đề khi cố gắng cư trú trên bề mặt mặt trăng.
Về cơ bản, ngoài việc bảo vệ chống lại phóng xạ, một cơ sở dưới bề mặt sẽ vượt qua các vấn đề của thiên thạch micromet và sự thay đổi cực độ của nhiệt độ thường thấy trên bề mặt mặt trăng. Những gì nhiều hơn, ổn định, ống dung nham dưới bề mặt cũng có thể làm cho nhiệm vụ tạo áp lực cho một cơ sở để con người dễ dàng hơn.
Trước đây, người dân đã nghiên cứu và nói về tất cả những điều này, ông Cameron Blair nói thêm, nhưng công việc của chúng tôi cho thấy những cơ hội đó có thể tồn tại - bây giờ chúng tôi chỉ cần tìm ra chúng. Con người đã sống trong các hang động ngay từ đầu, và nó cũng có thể có ý nghĩa trên Mặt trăng!
Ngoài Melosh, Blair và Bobet, các thành viên của nhóm bao gồm Loic Chappaz và Rohan Sood, những sinh viên tốt nghiệp tại Trường Hàng không và Du hành vũ trụ; Kathleen Howell, Giáo sư Kỹ thuật Hàng không và Hàng không; Andy M. Freed, phó giáo sư về khoa học trái đất, khí quyển và hành tinh; và Colleen Milbury, một nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Khoa Trái đất, Khoa học Khí quyển và Hành tinh.
