稳定的熔岩管可以为月球提供一个潜在的人类栖息地

【博科园-科学科普】2017年10月5日，美国副总统迈克·彭斯宣布了特朗普政府将宇航员送上月球的计划。从长远来看，NASA和其他几个太空机构也打算在那里建立一个永久的月球基地。这个基地不仅将为月球科学提供机会，而且将为火星和其他地区的任务提供便利。

“马吕斯山天光”，由日本SELENE / Kaguya研究团队观察到。图片：NASA/Goddard/Arizona State University

唯一的问题是，这样一个基地应该建在哪里？多年来美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)和其他机构一直在探索稳定熔岩管道作为潜在基地的可能性。根据一组国际科学家的最新研究，这种管子的存在已经在马吕斯山地区得到证实。这个地点很可能是未来月球任务的地点，甚至可能是未来月球栖息地的地点。

2009年，在JAXA的SELENE宇宙飞船上的地形摄像机提供的数据显示，月球上有三个巨大的坑。这些坑(又名“天窗”(skylights)特别感兴趣，因为它们被视为可能的开口到地下熔岩通道。从那时起，马吕斯山地区(他们被发现的地方)一直是天文学家和行星科学家的焦点，他们希望确认熔岩管的存在。

（概念图）在一个典型的小熔岩隧道里，探索一个典型的小熔岩隧道，以确定它是否可以作为一个月球基地居住模块的天然避难所。图片：NASA’s Johnson Space Center

最近发表在《地球物理研究快报》上的一项题为“月球上的马吕斯山的完整熔岩管探测月球上的月球雷达探测仪”的研究。该团队由来自JAXA太空和太空科学研究所(ISAS)、普渡大学(Purdue University)、阿拉巴马大学(University of Alabama)、天体实验室(AstroLabs)、日本国家天文台(NOAJ)和多所日本大学的成员组成。

他们一起研究了来自SELENE任务的月球雷达探测仪(LRS)的数据，这些数据来自靠近马吕斯山洞(MHH)的地点，以确定该地区是否承载了稳定的熔岩管。这些管子是月球过去的遗迹，那时它还在火山活动中。这些地下通道被认为是月球殖民地的理想位置，有几个原因。

首先它们的厚屋顶将为太阳辐射、宇宙射线、流星撞击和月球的极端温度提供天然屏障。这些管子一旦被封闭，也可以被加压创造一个可呼吸的环境。因此找到一个稳定的熔岩管道的入口将是为这样一个殖民地选择一个可能的地点的第一步。

作为JAXA的高级研究员，也是这项研究的共同作者之一，Junichi Haruyama在一所大学的新闻发布会上解释说：如果我们要建造月球基地，知道月球上的熔岩管有多重要，这很重要。但知道这些对基础科学也很重要，可能会得到新的岩石样本，热流数据和月球地震观测数据。

费城的城市在一个理论上的月球熔岩管道内。普渡大学的研究小组研究了超过1公里宽的熔岩管道是否能在月球上保持结构稳定。图片：Purdue University/courtesy of David Blair

当然LRS并不是专门设计用来探测熔岩管的，而是用来描述月球的起源和它的地质演化。由于这个原因，它飞得不够接近月球，才能在地下获得极其准确的信息。然而当思琳娜在马吕斯的山林洞附近经过时，仪器却发现了一种独特的回声模式。

该模式的特点是回波功率下降，其次是一个较大的第二回波峰值。这两种回声对应于月球表面的雷达反射，以及露天熔岩管的地板和天花板。当他们分析这种模式时，研究小组解释说这是一个试管的证据。在洞周围的几个地方发现了类似的回声模式，这可能表明该地区有不止一个熔岩管。

为了证实他们的发现，研究小组还查阅了美国宇航局重力恢复和室内实验室(GRAIL)任务的数据。由两艘宇宙飞船组成，这次合作收集了2011年至2012年间月球引力场的高质量数据。通过使用圣杯数据来确定地表下的质量缺陷，这是洞穴的证据，团队能够缩小他们的搜索范围。

在普渡大学(Purdue University)的地球、大气和行星科学领域的共同研究者、杰出教授杰伊·梅洛什(Jay Melosh)也是该论文的合著者。他对此的解释是:

“他们知道马吕斯山的天窗，但他们不知道地下洞可能走了多远。”我们在普渡大学的研究小组使用了该区域的重力数据来推断这个开口是一个更大系统的一部分。通过使用这种互补的雷达技术，他们能够计算出蛀牙的深度和高度。

在主管内的拱形通道显示出经典的熔岩管形状。地板是一个前熔岩湖的外壳，它从下面流到水里。图片：Dave Bunnell/Under Earth Images/Wikipedia Commons

在地球上已经发现稳定的熔岩管可以延伸数十公里。到目前为止发现的最长和最深的是夏威夷的Kazumura洞穴，它的深度超过一公里(3614英尺)，长65.5公里。然而月球上的熔岩管要大得多，因为月球只有地球引力的一小部分(确切地说是0.1654 g)。

对于一个利用重力数据探测的熔岩管来说，它需要有几公里长，至少有一公里的高度和宽度。由于马吕斯山的管道是可以探测到的，所以它很可能大到足以容纳一个大城市。事实上在第47届月球和行星会议上，普渡大学的研究人员展示了圣杯数据，显示了MHH下的管道可以大到足以容纳费城。

最近的这项研究也是第48届月球和行星会议上的报告的主题。在2010年月球勘测轨道器(LRO)也获得了类似的证据，证明在宁静海中可能存在稳定的熔岩管。然而，最新的雷达和重力数据组合提供了最清晰的照片，显示出稳定的熔岩管是什么样子的。

在火星上也发现了类似的熔岩管，甚至汞也有可能。特别是在火星上，火坑、大熔岩扇、天窗和部分塌陷的熔岩管都显示出稳定的管道。根据这项最新的研究，未来的红色星球任务(可能包括建立一个栖息地)也可能需要对这些特征进行调查。

熔岩管可能成为人类在整个太阳系中建立的手段。

知识：科学无国界，博科园-科学科普

参考：普渡大学，地球物理研究杂志