Seit 1970 haben sich jedes Jahr Astronomen, Geologen, Geophysiker und eine Vielzahl anderer Spezialisten zusammengeschlossen, um an der Lunar and Planetary Science Conference (LPCS) teilzunehmen. Diese jährliche Veranstaltung, die vom Lunar and Planetary Institute (LPI) und dem Johnson Space Center (JSC) der NASA gemeinsam gesponsert wird, bietet Wissenschaftlern aus aller Welt die Möglichkeit, die neuesten Planetenforschungen zum einzigen Mond der Erde auszutauschen und zu präsentieren.
Einer der größten Aufmerksamkeitsgewinner in diesem Jahr waren die Ergebnisse, die am Dienstag, dem 17. März, von einem Team von Studenten der Purdue University vorgestellt wurden. Unter der Leitung eines Doktoranden des Instituts für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften der Universität weist die von ihnen geteilte Studie darauf hin, dass es auf dem Mond möglicherweise stabile Lavaröhren gibt, die groß genug sind, um ganze Städte aufzunehmen.
Die Existenz dieser Röhren ist nicht nur ein Ziel für zukünftige geologische und geophysikalische Studien, sondern könnte auch ein Segen für die zukünftige Erforschung des menschlichen Weltraums sein. Grundsätzlich, so argumentierten sie, könnten solche großen, stabilen unterirdischen Tunnel ein Zuhause für menschliche Siedlungen sein und sie vor schädlicher kosmischer Strahlung und extremen Temperaturen schützen.
Lavaröhren sind natürliche Leitungen, die durch fließende Lava gebildet werden, die sich infolge eines Vulkanausbruchs unter der Oberfläche bewegt. Während sich die Lava bewegt, kühlt sich ihre Außenkante ab und bildet eine gehärtete, kanalartige Kruste, die zurückbleibt, sobald der Lavastrom stoppt. Seit einiger Zeit spekulieren Mondwissenschaftler darüber, ob Lavaströme auf dem Mond stattfinden oder nicht, was durch das Vorhandensein gewundener Rillen auf der Oberfläche belegt wird.
Gewundene Rillen sind schmale Vertiefungen in der Mondoberfläche, die Kanälen ähneln und gekrümmte Pfade haben, die sich wie ein Flusstal durch die Landschaft schlängeln. Es wird derzeit angenommen, dass diese Rillen die Überreste kollabierter Lavaröhren oder erloschener Lavaströme sind, was durch die Tatsache gestützt wird, dass sie normalerweise an der Stelle eines erloschenen Vulkans beginnen.
Diejenigen, die in der Vergangenheit auf dem Mond beobachtet wurden, haben eine Größe von bis zu 10 Kilometern Breite und Hunderten von Kilometern Länge. Bei dieser Größe wäre die Existenz einer stabilen Röhre - d. H. Einer, die nicht zusammengebrochen war, um eine gewundene Rille zu bilden - groß genug, um eine Großstadt aufzunehmen.
Für ihre Studie untersuchte das Purdue-Team, ob unterirdisch Lavaröhren der gleichen Größenordnung existieren könnten. Sie fanden heraus, dass die Stabilität einer Lavaröhre von einer Reihe von Variablen abhängt, darunter Breite, Dachstärke und Spannungszustand der abgekühlten Lava. Die Forscher modellierten auch Lavaröhren mit Wänden, die aus Lava in einer dicken Schicht und Lava in vielen dünnen Schichten bestehen.
David Blair, ein Doktorand in Purdues Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften, leitete die Studie, in der untersucht wurde, ob leere Lavaröhren mit einer Breite von mehr als 1 Kilometer auf dem Mond strukturell stabil bleiben können.
"Unsere Arbeit ist insofern einzigartig, als wir die Talente von Menschen aus verschiedenen Abteilungen bei Purdue kombiniert haben", sagte Blair dem Space Magazine per E-Mail. "Unter Anleitung von Prof. Bobet (einem Professor für Bauingenieurwesen) konnten wir ein modernes Verständnis der Gesteinsmechanik in unsere Computermodelle von Lavaröhren integrieren, um zu sehen, wie sie unter der Schwerkraft des Mondes tatsächlich versagen und brechen können."
Für ihre Forschung konstruierte das Team eine Reihe von Modellen von Lavaröhren unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlicher Dachstärke, um die Stabilität zu testen. Dies bestand darin, dass sie jedes Modell überprüften, um festzustellen, ob irgendwo auf dem Dach der Lavaröhre ein Ausfall vorhergesagt wurde.
"Was wir fanden, war überraschend", fuhr Blair fort, "da theoretisch viel größere Lavaröhren möglich sind als bisher angenommen. Selbst bei einem nur wenige Meter dicken Dach können Lava-Röhren mit einer Breite von einem Kilometer stehen bleiben. Der Grund dafür ist jedoch etwas weniger überraschend. Die letzte Arbeit, die wir zu diesem Thema finden konnten, stammt aus demApollo Ära und verwendete eine viel einfachere Annäherung an die Form der Lavaröhre - einen flachen Balken für ein Dach.
Die Studie, auf die er sich bezieht, „Über die Entstehung von gewundenen Mondrillen“, wurde 1969 in der Zeitschrift veröffentlicht Moderne Geologie. Darin haben die Professoren Greeley, Oberbeck und Quaide das Argument vorgebracht, dass die Bildung von gewundenen Rillen mit dem Zusammenbruch von Lavaströhren verbunden sei und dass möglicherweise noch stabile existieren. Bei der Berechnung eines Flachdaches wurde eine maximale Lavaröhrengröße von knapp 400 m ermittelt.
"Unsere Modelle verwenden eine Geometrie, die der in Lavaröhren auf der Erde ähnelt", sagte Blair, "eine Art halbelliptische Form mit einem gewölbten Dach. Die Tatsache, dass ein gewölbtes Dach eine größere Lavaröhre stehen lässt, ist sinnvoll: Menschen wissen seit der Antike, dass gewölbte Dächer es Tunneln oder Brücken ermöglichen, mit größeren Spannweiten stehen zu bleiben. “
Die Purdue-Studie baut auch auf früheren Studien von JAXA und der NASA auf, in denen Bilder von „Oberlichtern“ auf dem Mond - d. H. Löcher in der Mondoberfläche - das Vorhandensein von Kavernen mit einem Durchmesser von mindestens einigen zehn Metern bestätigten. Die Daten aus dem Mondgravitations- und Innenlabor der NASA (GRAIL), die große Unterschiede in der Dicke der Mondkruste zeigten, werden noch interpretiert, könnten aber auch ein Hinweis auf große unterirdische Aussparungen sein.
Aus diesem Grund ist Blair zuversichtlich, dass ihre Arbeit neue und praktikable Erklärungen für viele verschiedene Arten von Beobachtungen eröffnet, die zuvor gemacht wurden. Bisher war es unergründlich, dass auf dem Mond große, stabile Höhlen existieren konnten. Dank der theoretischen Studie seines Teams ist jetzt bekannt, dass dies unter den richtigen Bedingungen am wenigsten möglich ist.
Ein weiterer aufregender Aspekt dieser Arbeit sind die Implikationen, die sie für die zukünftige Erforschung und sogar Kolonisierung auf dem Mond bietet. Das Thema Strahlenschutz ist bereits ein großes Thema. Da der Mond keine Atmosphäre hat, haben Kolonisten und landwirtschaftliche Betriebe keine natürliche Abschirmung vor kosmischen Strahlen.
"Geologisch stabile Lavaröhren wären absolut ein Segen für die Erforschung des menschlichen Weltraums", kommentierte Blair. „Eine solche Höhle könnte ein wirklich idealer Ort sein, um eine Mondbasis zu errichten und im Allgemeinen eine anhaltende menschliche Präsenz auf dem Mond zu unterstützen. Wenn Sie sogar einige Meter unter die Oberfläche gehen, verringern Sie plötzlich viele Probleme beim Versuch, die Mondoberfläche zu bewohnen. “
Zusätzlich zum Schutz vor Strahlung würde eine unterirdische Basis die Probleme von Mikrometeoriten und die extremen Temperaturänderungen, die auf der Mondoberfläche üblich sind, umgehen. Darüber hinaus könnten stabile unterirdische Lavaröhren die Druckbeaufschlagung einer Basis für die menschliche Besiedlung erleichtern.
„Die Leute haben all diese Dinge schon einmal studiert und darüber gesprochen“, fügte Blair hinzu, „aber unsere Arbeit zeigt, dass solche Möglichkeiten möglicherweise bestehen könnten - jetzt müssen wir sie nur noch finden. Die Menschen haben von Anfang an in Höhlen gelebt, und das könnte auch auf dem Mond Sinn machen! “
Zu den Teammitgliedern gehören neben Melosh, Blair und Bobet auch Loic Chappaz und Rohan Sood, Doktoranden der School of Aeronautics and Astronautics; Kathleen Howell, Purdues Hsu Lo-Professorin für Luft- und Raumfahrttechnik; Andy M. Freed, außerordentlicher Professor für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften; und Colleen Milbury, Postdoktorand am Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences.
