Varje år sedan 1970 har astronomer, geologer, geofysiker och en mängd andra specialister samlats för att delta i Lunar and Planetary Science Conference (LPCS). Gemensamt sponsrat av Lunar and Planetary Institute (LPI) och NASA: s Johnson Space Center (JSC), är detta årliga evenemang en chans för forskare från hela världen att dela och presentera den senaste planetundersökningen om jordens enda måne.
I år var en av de största uppmärksamhetsupptagarna fynd som presenterades på tisdagen den 17 mars av ett team av studenter från Purdue University. Under ledning av en doktorand från universitetets avdelning för jord-, atmosfär- och planetariska vetenskaper indikerar studien de delade att det kan finnas stabila lavarör på månen, sådana som är tillräckligt stora för att hysa hela städer.
Förutom att vara ett mål för framtida geologiska och geofysiska studier, kan dessa rörs existens också vara en välsignelse för framtida utforskning av mänskliga rymden. I grund och botten, hävdade de, så stora, stabila underjordiska tunnlar skulle kunna utgöra ett hem för mänskliga bosättningar och skydda dem från skadlig kosmisk strålning och extrema temperaturer.
Lavarör är naturliga ledningar som bildas av flödande lava som rör sig under ytan som ett resultat av ett vulkanutbrott. När lavan rör sig, kyls ytterkanten på den och bildar en härdad, kanalliknande skorpa som lämnas kvar när lavaflödet slutar. Under en tid har Lunar-forskare spekulerat i huruvida lavaflöden inträffar på månen eller inte, vilket framgår av närvaron av svåra rullar på ytan.
Löpande rullar är smala fördjupningar i månens yta som liknar kanaler och har en böjd stig som slingrar sig över landskapet som en floddal. Det antas för närvarande att dessa rullar är resterna av kollapsade lavarör eller utrotade lavaflöden, vilket stöds av det faktum att de vanligtvis börjar på platsen för en utdöd vulkan.
De som har observerats på månen tidigare varierar i storlek upp till 10 kilometer i bredd och hundratals kilometer i längd. Vid den storleken skulle förekomsten av ett stabilt rör - d.v.s. ett som inte hade kollapsat för att bilda en sinuous rille - vara tillräckligt stort för att rymma en storstad.
För studiens skull undersökte Purdue-teamet om lavarör i samma skala kunde existera under jord. Vad de fann var att stabiliteten hos ett lavarör berodde på ett antal variabler - inklusive bredd, taktjocklek och spänningstillståndet för den kylda lavan. forskarna modellerade också lavarör med väggar skapade av lava placerade i ett tjockt lager och med lava placerade i många tunna lager.
David Blair, en forskarstuderande vid Purdues avdelning för jord-, atmosfär- och planetariska vetenskaper, ledde studien som undersökte om tomma lavarör som är mer än 1 kilometer breda kunde förbli strukturellt stabila på månen.
"Vårt arbete är något unikt genom att vi har kombinerat talangerna från människor från olika avdelningar i Purdue," berättade Blair till Space Magazine via e-post. "Med vägledning från prof. Bobet (en civilingenjörsprofessor) har vi kunnat integrera en modern förståelse av bergmekanik i våra datormodeller av lavarör för att se hur de faktiskt kan misslyckas och bryta under månens tyngdkraft."
För deras forsknings skull konstruerade teamet ett antal modeller av lavorör av olika storlekar och med olika taktjocklekar för att testa för stabilitet. Detta bestod av att de kontrollerade varje modell för att se om den förutspådde misslyckande någonstans i lavaslangens tak.
"Vad vi tyckte var förvånande," fortsatte Blair, "genom att mycket större lavarör är teoretiskt möjliga än vad som tidigare trott. Även med ett tak som är bara några meter tjocka kan lava rör som är kilometer långa kunna stanna. Anledningen till att dock är lite mindre förvånande. Det sista arbetet vi kunde hitta på ämnet är frånApollo era, och använde en mycket enklare tillnärmning av lavaslangformen - en plan balk för ett tak.
Studien som han hänvisar till, "Om ursprunget till månens sinuous rilles", publicerades 1969 i tidskriften Modern geologi. I den framförde professorerna Greeley, Oberbeck och Quaide argumentet om att en långsam rillbildning var knuten till kollapsen av lavaflödesrör och att stabila kan fortfarande existera. Beräkningen för ett plattbjälketak fann deras arbete en maximal lavastörstorlek på knappt 400 m.
"Våra modeller använder en geometri mer lik den som ses i lavarör på jorden," sade Blair, "en slags halv elliptisk form med ett välvt tak. Det faktum att ett välvt tak låter ett större lavarör stå stående är vettigt: människor har känt sedan antiken att välvda tak tillåter tunnlar eller broar att stå stående med bredare spann. ”
Purdue-studien bygger också på tidigare studier utförda av JAXA och NASA där bilder av "takfönster" på månen - dvs hål i månens yta - bekräftade närvaron av grottor åtminstone några tiotals meter över. Uppgifterna från NASAs mångravitetsåterhämtnings- och interiörlaboratorium (GRAIL) - som visade stora variationer i tjockleken på Månens skorpa tolkas fortfarande, men kan också vara en indikation på stora urtag under jord.
Som ett resultat är Blair övertygad om att deras arbete öppnar upp nya och genomförbara förklaringar för många olika typer av observationer som har gjorts tidigare. Tidigare var det ofattbart att stora, stabila grottor kunde existera på månen. Men tack vare teamets teoretiska studie är det nu känt att det under de rätta förhållandena är minst möjligt.
En annan spännande aspekt som detta arbete är konsekvenserna av det för framtida utforskning och till och med kolonisering på månen. Frågan om skydd mot strålning är redan en stor fråga. Med tanke på att månen inte har någon atmosfär kommer kolonister och jordbruksverksamheter inte att ha någon naturlig skärmning från kosmiska strålar.
"Geologiskt stabila lavarör skulle absolut vara en välsignelse för utforskningen av människors rymd," kommenterade Blair. ”En sådan grotta kan vara en riktigt idealisk plats för att bygga en månbase och i allmänhet för att stödja en varaktig mänsklig närvaro på månen. Genom att gå under ytan till och med några meter minskar du plötsligt en hel del av problemen med att försöka bevara månens yta. ”
I grund och botten, förutom att skydda mot strålning, skulle en underjordisk bas undvika problem med mikrometeoriter och de extrema temperaturförändringarna som är vanliga på månens yta. Dessutom kan stabila lavarör under jord också underlätta uppgiften att pressa en bas för mänsklig bebyggelse.
"Människor har studerat och pratat om alla dessa saker tidigare," tillade Blair, "men vårt arbete visar att dessa typer av möjligheter potentiellt kan existera - nu måste vi bara hitta dem. Människor har bott i grottor sedan början, och det kan vara meningsfullt på månen också! ”
Förutom Melosh, Blair och Bobet inkluderar teammedlemmarna Loic Chappaz och Rohan Sood, doktorander vid School of Aeronautics and Astronautics; Kathleen Howell, Purdues Hsu Lo-professor i flyg- och astronautik; Andy M. Freed, docent i jord-, atmosfär- och planetvetenskap; och Colleen Milbury, en postdoktorell forskningsassistent vid Institutionen för jord-, atmosfär- och planeten.
