Od 2009 roku, kiedy po raz pierwszy opisano jaskinie lawowe na powierzchni Księżyca, pojawiły się różne koncepcje ich wykorzystania. Zlokalizowanie w takim miejscu bazy chroniłoby astronautów przed promieniowaniem czy meteorytami, zapewniając jednocześnie bezpośredni dostęp do powierzchni Księżyca. Jednak istnieje ryzyko, że jaskinie i korytarze do nich prowadzące mogłyby się zawalić. Kwestie wytrzymałości ich stropów bada dr inż. Marcin Chwała z Politechniki Wrocławskiej.
NASA i inne agencje kosmiczne głośno mówią o eksploracji Księżyca i jego zasobów. Podstawowym elementem w realizacji tego celu jest znalezienie bezpiecznego schronienia dla przyszłych astronautów, bo powierzchnia Srebrnego Globu to ekstremalne środowisko. Idealnym miejscem na przyszłą bazę księżycową wydają się opisane w 2009 roku jaskinie na Księżycu.
Nasz naturalny satelita nie jest miejscem gościnnym dla ludzi. Temperatury powierzchni wahają się od ponad 100 stopni Celsjusza do nawet minus 180 st. C., w zależności od tego, czy jest noc, czy dzień.
Księżyc nie ma atmosfery ani pola magnetycznego, dlatego astronauci na jego powierzchni muszą liczyć się z około 200 razy większymi dawkami promieniowania kosmicznego niż ludzie na Ziemi. Brak atmosfery sprawia z kolei, że powierzchnia narażona jest na nieustanne bombardowanie mikrometeorytami, które w przypadku Ziemi zwyczajnie spalają się w atmosferze i nie docierają nawet do powierzchni.
W 2009 roku pojawiła się publikacja opisująca zagłębienia i doły odkryte na powierzchni Księżyca. Część z nich to prawdopodobnie korytarze lawowe, powstałe w czasach, gdy Srebrny Glob był aktywny wulkanicznie, których stropy się zawaliły. Z powodu niskiej grawitacji, korytarze te mogą osiągać szerokość nawet kilkuset metrów. Niektóre mogą prowadzić do jeszcze głębszych jaskiń, które idealnie nadawałyby się na schronienie dla astronautów. Ale wspomniane korytarze pod wpływem grawitacji oraz innych czynników, jak uderzenia meteorytów, mogą się zapadać, tworząc rozległe zawaliska.
Tematem wytrzymałości stropów korytarzy lawowych, stateczności księżycowych jaskiń i analizy zawalisk zajął się dr inż. Marcin Chwała z Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej we współpracy z japońskimi naukowcami: prof. Goro Komatsu i doktorem Junichim Haruyamą. Efekty swojej pracy przedstawili w publikacji na łamach pisma „Icarus” (DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115928).
Dr Marcin Chwała swoje badania na ten temat rozpoczął już w 2022 r., opierając się przede wszystkim na danych pozyskanych przez sondy kosmiczne badające powierzchnię Księżyca oraz opracowaniach przedstawiających geometrię zmierzonych już zwalisk – czytamy w przesłanym przez Politechnikę Wrocławską komunikacie.
Nie ma dokładnych badań żadnej jaskini na Księżycu, dlatego zespół naukowców korzystał w przygotowaniu obliczeń m.in. ze skanów laserowych jaskini lawowej znajdującej się na Wyspach Kanaryjskich. „Przeprowadzenie analizy stabilności jakiekolwiek struktury geologicznej na Księżycu jest niezwykle trudne. Możemy opierać się jedynie na szacunkowych parametrach, a zastosowanie zaawansowanych metod do opisu wytrzymałości skał mija się w tym wypadku z celem. Mamy jednak do dyspozycji bardzo cenną rzecz, czyli zawaliska na Księżycu, których geometrię już znamy” – tłumaczy w komunikacie dr inż. Marcin Chwała.
Jak czytamy dalej, w „publikacji zaproponowano tzw. podejście wsteczne. Naukowcy analizują bardzo dużo przekrojów modelowych, sprawdzając uzyskane przykłady zwalisk i korzystając z dostępnych informacji, dopasowują wyniki do parametrów zwalisk obserwowanych na Księżycu”.
Jak przyznaje dr inż. Chwała, takie podejście jest nowe i pozwala na ustalenie rozmiarów jaskiń, które odpowiadają za określone zawaliska przy określonej grubości stropu skalnego. Dodaje też, że uzyskane w ten sposób dane są w pewnym stopniu szacunkowe. „Na potrzeby publikacji przeanalizowaliśmy trzy największe zwaliska, choć na Księżycu jest ich dużo więcej. Nie dla wszystkich można jednak dokładnie zmierzyć geometrię, czyli np. grubość stropu” – zaznacza.
Zdaniem dr inż. Chwały koncepcja bazy księżycowej w jaskiniach lawowych jest bardzo ciekawą alternatywą dla budowy baz powierzchniowych. Naukowiec wskazuje, że ma to ogromny potencjał naukowy. „W jaskiniach możemy znaleźć nienaruszone środowisko, w którym kryje się dużo informacji związanych z powstaniem Księżyca, a tym samym Układu Słonecznego. Podczas misji Apollo realizowanych w latach 60. i 70. XX w. pobierano próbki gruntu z głębokości trzech metrów i na tej podstawie udało się odwzorować kilkaset milionów lat aktywności Słońca. Proszę pomyśleć, ile informacji udałoby się pozyskać z jaskiń” – podkreśla.
Dodatkowym atutem podziemnych baz jest także zabezpieczenie przed wspomnianymi już meteorytami oraz przed dużymi wahaniami temperatury. W badaniach z 2022 roku naukowcy ustalili, że w częściowo zacienionych dołach i jaskiniach stale utrzymują się temperatury odpowiednie dla funkcjonowania ludzkiego organizmu (więcej na ten temat w tekście: Odkryto miejsca na Księżycu, gdzie panują odpowiednie dla człowieka temperatury).
Na Księżycu jaskiń jest dużo. Ile? Tego nikt nie wie. „Bardzo trudno to oszacować, ale może być ich całkiem sporo, w szczególności na terenach, gdzie są morza bazaltowe i duże kratery uderzeniowe, przez które przepływała lawa” - wyjaśnia dr Chwała. Znanych zawalisk jest ponad 200, ale, jak wskazuje badacz, „nie wszystkie muszą być związane z jaskiniami lawowymi”.
Źródło: Politechnika Wrocławska, fot. NASAGSFC Arizona State University. Na zdjęciu zawalisko na obszarze morza spokoju (Mare Tranquillitatis) uwiecznione pod różnymi kątami przez Lunar Reconnaissance Orbiter.
