Hvert år siden 1970 er astronomer, geologer, geofysikere og en lang række andre specialister mødtes for at deltage i Lunar and Planetary Science Conference (LPCS). I fællesskab sponsoreret af Lunar and Planetary Institute (LPI) og NASAs Johnson Space Center (JSC), er denne årlige begivenhed en chance for forskere fra hele verden til at dele og præsentere den seneste planetariske forskning om Jordens eneste måne.
I år var en af de største opmærksomhedsfangere resultaterne præsenteret tirsdag den 17. marts af et hold studerende fra Purdue University. Ledet af en kandidatstuderende fra universitetets Institut for Jord-, Atmosfærisk- og Planetvidenskab , viser undersøgelsen, de delte, at der kan være stabile lavarør på månen, dem der er store nok til at huse hele byer.
Ud over at være et mål for fremtidige geologiske og geofysiske undersøgelser, kan eksistensen af disse rør også være en velsignelse for fremtidens menneskelige rumudforskning. Dybest set, hævdede de, kunne sådanne store, stabile underjordiske tunneler give et hjem for menneskelige bosættelser og beskytte dem mod skadelig kosmisk stråling og ekstreme temperaturer.
Hadley Rille, ved foden af Appenninerne, der omkranser Mare Imbrium, hvor Apollo 15 landede. Kredit: NASA/JAXA
Lavarør er naturlige kanaler dannet af strømmende lava, der bevæger sig under overfladen som følge af et vulkanudbrud. Når lavaen bevæger sig, afkøles de ydre kanter af den og danner en hærdet, kanallignende skorpe, som efterlades, når lavastrømmen stopper. I nogen tid har Lunar-forskere spekuleret i, om lavastrømme sker på Månen eller ej, som det fremgår af tilstedeværelsen af bugtet riller på overfladen.
Slyngede riller er smalle fordybninger i månens overflade, der ligner kanaler og har en buet sti, der snor sig hen over landskabet som en floddal. Det menes i øjeblikket, at disse riller er rester af kollapsede lavarør eller uddøde lavastrømme, hvilket understøttes af det faktum, at de normalt begynder på stedet for en uddød vulkan.
Dem, der er blevet observeret på Månen i fortiden, varierer i størrelse på op til 10 kilometer i bredden og hundreder af kilometer i længden. Ved den størrelse ville eksistensen af et stabilt rør – dvs. et som ikke var kollapset og danne en bugtet rille – være stort nok til at rumme en større by.
Af hensyn til deres undersøgelse undersøgte Purdue-holdet, om lavarør af samme skala kunne eksistere under jorden. Hvad de fandt var, at stabiliteten af et lavarør afhang af en række variabler - herunder bredde, tagtykkelse og stresstilstanden af den afkølede lava. forskerne modellerede også lavarør med vægge skabt af lava placeret i ét tykt lag og med lava placeret i mange tynde lag.
Indersiden af et teoretisk månens lavarør, med byen Philadelphia vist i skala. Kredit: Purdue University/David Blair
David Blair, en kandidatstuderende i Purdue's Institut for Jord-, Atmosfærisk- og Planetvidenskab , ledede undersøgelsen, der undersøgte, om tomme lavarør, der er mere end 1 kilometer brede, kunne forblive strukturelt stabile på månen.
'Vores arbejde er noget unikt ved, at vi har kombineret talenterne fra folk fra forskellige afdelinger på Purdue,' fortalte Blair Universe Today via e-mail. 'Med vejledning fra prof. Bobet (en civilingeniørprofessor) har vi været i stand til at inkorporere en moderne forståelse af klippemekanik i vores computermodeller af lavarør for at se, hvordan de rent faktisk kan svigte og knække under månens tyngdekraft.'
Af hensyn til deres forskning konstruerede holdet en række modeller af lavarør i forskellige størrelser og med forskellige tagtykkelser for at teste for stabilitet. Dette bestod i, at de tjekkede hver model for at se, om den forudsagde fejl nogen steder i lavarørets tag.
'Det, vi fandt, var overraskende,' fortsatte Blair, 'ved at meget større lavarør teoretisk er muligt, end hvad man tidligere troede. Selv med et tag, der kun er få meter tykt, kan lavarør på en kilometer bred muligvis blive stående. Grunden er dog lidt mindre overraskende. Det sidste værk, vi kunne finde om emnet, er fraApolloæra, og brugte en meget enklere tilnærmelse af lavarørets form - en flad bjælke til et tag.
Mons Rümker, en uddød vulkansk formation på Månens overflade, som afbildet af Apollo 15-rumfartøjet, mens det er i kredsløb. Kredit: NASA
Den undersøgelse, han henviser til, ' Om oprindelsen af månens bugtet riller ', blev offentliggjort i 1969 i tidsskriftetModerne geologi. Heri fremførte professorerne Greeley, Oberbeck og Quaide argumentet om, at dannelsen af bugtede riller var bundet til sammenbruddet af lavastrømningsrør, og at der muligvis stadig eksisterer stabile. Ved at beregne et fladt bjælketag fandt deres arbejde en maksimal lavarørstørrelse på lige under 400 m.
'Vores modeller bruger en geometri, der ligner mere, hvad der ses i lavarør på Jorden,' sagde Blair, 'en slags halvelliptisk form med et buet tag. At et buet tag lader et større lavarør blive stående giver mening: Mennesker har siden antikken vidst, at buede tage tillader tunneller eller broer at blive stående med bredere spænd.”
Purdue-undersøgelsen bygger også på tidligere undersøgelser udført af JAXA og NASA, hvor billeder af 'ovenlys' på Månen - det vil sige huller i månens overflade - bekræftede tilstedeværelsen af huler på mindst et par snese meter på tværs. Dataene fra NASAs månegravity Recovery And Interior Laboratory (GRAIL) – som viste store variationer i tykkelsen af måneskorpen fortolkes stadig, men kan også være en indikation af store fordybninger under jorden.
Som et resultat er Blair overbevist om, at deres arbejde åbner op for nye og gennemførlige forklaringer på mange forskellige typer observationer, der er blevet gjort før. Tidligere var det ufatteligt, at der kunne eksistere store, stabile huler på Månen. Men takket være hans teams teoretiske undersøgelse er det nu kendt, at under de rette forhold er det mindst muligt.
NASAs månegravity Recovery And Interior Laboratory (GRAIL) mission beregnede tykkelsen af månens skorpe. Kredit: NASA/JPL-Caltech/S. Miljkovic
Et andet spændende aspekt af dette arbejde er de implikationer, det giver for fremtidig udforskning og endda kolonisering på Månen. Allerede nu er spørgsmålet om beskyttelse mod stråling et stort. I betragtning af at 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 menneskets rumudforskning,' kommenterede Blair. 'En hule som den kunne være et virkelig ideelt sted til at bygge en månebase og generelt til at understøtte en vedvarende menneskelig tilstedeværelse på Månen. Ved at gå under overfladen selv et par meter, afbøder du pludselig mange af problemerne med at forsøge at bebo månens overflade.'
Ud over at beskytte mod stråling ville en undergrundsbase dybest set omgå problemerne med mikrometeoritter og de ekstreme temperaturændringer, der er almindelige på månens overflade. Hvad mere er, kan stabile, underjordiske lavarør også gøre opgaven med at sætte tryk på en base til menneskelig beboelse lettere.
'Folk har studeret og talt om alle disse ting før,' tilføjede Blair, 'men vores arbejde viser, at den slags muligheder potentielt kunne eksistere - nu skal vi bare finde dem. Mennesker har levet i huler siden begyndelsen, og det kan måske også give mening på Månen!'
Ud over Melosh, Blair og Bobet omfatter teammedlemmer Loic Chappaz og Rohan Sood, kandidatstuderende i Skolen for Luftfart og Astronautik ; Kathleen Howell, Purdues Hsu Lo-professor i luftfarts- og astronautikteknik; Andy M. Freed, lektor i jord-, atmosfære- og planetvidenskab; og Colleen Milbury, en postdoktoral forskningsmedarbejder ved Institut for Jord-, Atmosfæriske og Planetariske Videnskaber.
Yderligere læsning: Purdue nyheder