月球地下的熔巖管道

月球是距離人類最近的地外天體，建立有人月球基地，實(shí)現(xiàn)人類在月球永久駐留是人類一直以來的夢想。近年來美國、中國等航天大國紛紛提出載人登月計(jì)劃，有人月球基地距離我們已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。

最近，我國重慶大學(xué)和北京空間機(jī)電研究所科研人員合作，探討了利用月球地下的熔巖管道作為未來載人月球基地的可行性。建設(shè)月球基地需要考慮哪些因素，月球熔巖管道是什么，月球熔巖管道作為月球基地有哪些好處，人類最終建設(shè)月球基地還面臨哪些困難？大家好我是李明濤，今天我們一起來了解一下未來的月球基地建設(shè)問題。

要實(shí)現(xiàn)人類在月球上永久駐留至少需要解決三大關(guān)鍵需求：第一、要有水源。從地球上運(yùn)輸?shù)皆虑?，對長期定居月球基地顯然是不現(xiàn)實(shí)的。長期以來，月球都被認(rèn)為是干燥的，隨著月球探索的深入，科學(xué)家在月球積蓄的隕石坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)了水冰存在的證據(jù)。這些隕石坑內(nèi)常年不見陽光，水冰有可能長期保存。第二還要有能源。與地球上一天24小時(shí)不同，月球自轉(zhuǎn)一圈需要28天。因此月球上大部分區(qū)域14天處于白天，而另外14天處于黑夜。那么漫漫長夜怎么解決能源問題是個非常大的問題。除了核能源之外，在月球兩極存在一些永久光照區(qū)，為月球建設(shè)基地的建設(shè)提供了取之不盡的太陽能。第三，還要足夠安全。月球上沒有大氣層的保護(hù)，微流星體可能長驅(qū)直入撞擊月球表面。一顆一厘米的微流星體足以對宇航員造成致命性傷害。除此之外，月球上的磁場極其微弱，無法屏蔽太陽風(fēng)帶電粒子、宇宙射線等輻射，對宇航員也會造成生命傷害。因此還需要考慮屏蔽這些輻射效應(yīng)。綜合水源、能源和安全需求，月球基地往往選擇建立在月球的極區(qū)，這里既有永久光照區(qū)也有永久陰影、富含水冰的隕石坑，為有效開發(fā)水源和能源提供了便利。為了應(yīng)對微流星體撞擊和惡劣的粒子輻射環(huán)境，通常需要建造人工建筑物來對微流星體和粒子施加屏蔽。因此我們在網(wǎng)絡(luò)上看到的月球基地的設(shè)計(jì)圖通常建設(shè)在月球表面上，由一些富有科幻色彩的穹頂建筑物構(gòu)成。

月球的熔巖管道是什么？通俗的講就是月球上的天坑，和我們地球上的天坑類似。表面上看起來是個小洞口，但是內(nèi)部別有天地，是一個巨大的天然洞穴，甚至足以容納一座小鎮(zhèn)。月球熔巖管道是如何形成的？在月球形成的早期，存在大量的火山噴發(fā)活動，熾熱的火山巖漿在流動時(shí)，它的表面冷卻速度快，凝固成了固體的硬殼，而巖漿內(nèi)部的溫度高流速快，這樣就形成了表面凝固，內(nèi)部巖漿流通的通道。當(dāng)火山噴發(fā)結(jié)束后，巖漿排空就形成了天然的熔巖管道。目前在月球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的熔巖管道，最大的熔巖管道的寬度可能超過百米，而它的長度超過幾十公里，足以將一座小城鎮(zhèn)整體裝進(jìn)去。在月球熔巖管道上建設(shè)月球基地有什么好處？首先安全性非常好，熔巖管道是月球表面下方的天然洞穴，它可以完美的屏蔽微流星體的撞擊和太陽風(fēng)的侵襲，其次熔巖管道的封閉性好，保溫性好，有利于建立恒溫的環(huán)境，對能源的消耗要求低。盡管在月球熔巖管道建立基地看起來非常美好，但實(shí)施起來還面臨很多的困難，比如如何解決融源管道的水源問題和能源問題；如何在熔巖管道內(nèi)施工；如何實(shí)現(xiàn)熔巖管道內(nèi)外的物資運(yùn)輸。

目前人類對熔巖管道的認(rèn)識還十分有限，要想在熔巖管道內(nèi)建立永久的有人基地，還需要加強(qiáng)對月球熔巖管道的研究和測繪，了解熔巖管道的空間分布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度、礦物穩(wěn)定性等地質(zhì)特征。派遣機(jī)器人先導(dǎo)部隊(duì)開展月球熔巖管道的無人探索與開發(fā)實(shí)驗(yàn)，并解決好熔巖管道的水源和能源供應(yīng)問題。我國科學(xué)家已經(jīng)計(jì)劃在地球的卡斯特溶洞作為模擬場地，開展相關(guān)的研究和實(shí)驗(yàn)。相信利用月球熔巖管道建設(shè)月球基地在不遠(yuǎn)的將來可能成為現(xiàn)實(shí)。

本文為科普中國·星空計(jì)劃扶持作品

作者：李明濤

審核：周炳紅 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心 研究員

出品：中國科協(xié)科普部

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