Jak bardzo warstwy skalne wpływają na stabilność księżycowych jaskiń lawowych? – odpowiedzi na to pytanie szukają naukowcy z Polski, Włoch i Japonii. Tego typu jaskinie można wykorzystać jako bazy i schronienia dla ludzi w kontekście eksploracji Srebrnego Globu.
Zagłębienia na powierzchni Księżyca odkryto w 2009 roku i spekuluje się, że część z nich to zapadnięte korytarze lawowe, które mogą prowadzić do systemów rozległych jaskiń pod powierzchnią Księżyca. Powstały one prawdopodobnie podczas przepływów lawy i z uwagi na małą siłę grawitacji mogą osiągać szerokość nawet kilkuset metrów. W opinii wielu naukowców tego typu jaskinie można wykorzystać jako bazy i schronienia dla ludzi w trakcie eksploracji Księżyca. Naukowcy z Polski, Włoch i Japonii zajęli się wytrzymałością księżycowych jaskiń lawowych, a konkretnie stabilnością stropów.
W przeprowadzonych analizach uwzględniliśmy, po raz pierwszy w literaturze, uwarstwienie stropu skalnego, które jest bardzo dobrze widoczne na zdjęciach przesłanych przez Lunar Reconeissance Orbiter (LRO), zarówno przy księżycowych zawaliskach (collapse pits), jak i krawędziach kraterów uderzeniowych (crater rings) – wyjaśnia dr hab. inż. Marcin Chwała z Katedry Geotechniki, Hydrotechniki, Budownictwa Podziemnego i Wodnego na Wydziale Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej.
Naukowcy badali wpływ występowania słabszej warstwy, tzw. paleoregolitu, która najprawdopodobniej utworzyła się pomiędzy kolejnymi wypływami lawy na powierzchni Księżyca. Jest to regolit, czyli gleba księżycowa charakteryzująca się słabszymi parametrami mechanicznymi, która została uwięziona pomiędzy dwoma warstwami skał bazaltowych.
Na podstawie wcześniejszych prac ustalono, że miąższości warstw skalnych wahają się między 2 a 13 metrami. Do tej pory nikt jednak nie badał, jaki jest wpływ tych warstw na stabilność stropów jaskiń na Księżycu. Nasze wyniki pokazały, że w sytuacji uwarstwionego stropu, wyraźnie zmienia się charakterystyka zawalisk – zwiększa się liczba mniejszych zawalisk, tzw. zawalisk lokalnych, które nie dochodzą do powierzchni Księżyca i tym samym nie mogą być obserwowane z Ziemi – tłumaczy naukowiec.
Co ważne, możliwe liczne zawaliska tego typu mają duże znaczenie dla planowania misji eksploracyjnych. Przede wszystkim z uwagi na dużą ilość gruzu skalnego zalegającego na dnie jaskini (pojawia się konieczność dostosowania technologii do takiego środowiska) oraz w kontekście możliwości ich radarowej detekcji z orbity Księżyca (trudności w detekcji echa radarowego w przypadku dna pokrytego gruzem i głazami).
Innym bardzo ważnym rezultatem jest to, że z uwagi na występowanie lokalnych zawalisk, możemy mieć bezpośredni dostęp do odkrytych dawnych warstw paleoregolitu z wnętrza jaskiń, które w opinii naukowców mogą być bezcennym źródłem danych astrofizycznych, np. o promieniowaniu kosmicznym i aktywności Słońca, czy nawet informacji o składzie chemicznym ziemskiej atmosfery. Wyniki pracy zatem wskazują zasadność projektowania misji rozpoznawczych do zawalisk księżycowych i jaskiń z uwagi na ich ogromny potencjał do prowadzenia badań nad historią Układu Słonecznego – podkreśla Marcin Chwała.
Istnienie jaskiń na Księżycu potwierdzone
Zainteresowanie jaskiniami księżycowymi wśród naukowców systematycznie rośnie. Kilka tygodni temu zespół włoskich i amerykańskich badaczy potwierdził istnienie jaskini na Księżycu w rejonie Morza Spokoju, gdzie 55 lat temu wylądowali Neil Armstrong i Buzz Aldrin. Podejrzewają oni, że w okolicy może być ponad 200 podobnych jam, w których w przyszłości mogliby się chronić astronauci. Opisana jaskinia znajduje się 400 km od miejsca lądowania Apollo 11. Widoczna jest jedynie początkowa część podziemnej wnęki, ale zdaniem badaczy ma ona co najmniej 40 m szerokości i kilkadziesiąt metrów długości.
Dr hab. inż. Marcin Chwała podkreśla, że odkrycie tego fragmentu jaskini, która najprawdopodobniej jest połączona z całym systemem jaskiń, jest niezwykle ważne, ponieważ oznacza, że z zawaliska „Mare Tranquilitatis Pit” jesteśmy w stanie wejść do tych jaskiń. Dotychczas nie było bowiem jasne, czy te zawaliska dają taką możliwość.
Sam fakt istnienia takiego połączenia nie jest dla mnie zaskoczeniem. Co ciekawe, wskazywała na to to także moja wcześniejsza praca oraz ta właśnie opublikowana, natomiast były to wyłącznie rezultaty analiz numerycznych. Teraz jest to potwierdzone i kształt wejścia do jaskini zgadza się z naszą interpretacją wyników analiz numerycznych – zauważa naukowiec z PWr. – Bardzo pozytywnie zaskoczyło mnie natomiast to, że autorom tej pracy udało się wyciągnąć nowe informacje z danych radarowych dostępnych już od kilkunastu lat. Odkrycie to oznacza zwiększenie zainteresowania naukowców, agencji kosmicznych oraz prywatnych firm tymi obiektami – dodaje.
Co kryją księżycowe jaskinie?
W swojej publikacji włosko-amerykański zespół zwraca także uwagę, że podobne jamy mogą znajdować się również na południowym biegunie Księżyca, gdzie w przyszłości planowane są lądowania astronautów z NASA. Przewiduje się, że zacienione kratery, a także jamy mogą zawierać zamarzniętą wodę.
Jest to możliwe, jednak moim zdaniem największe szanse na znalezienie zamarzniętej wody są w okolicach biegunów Księżyca w tzw. wiecznie zacienionych obszarach, gdzie temperatura jest znacznie niższa niż spodziewana temperatura we wnętrzach jaskiń – zaznacza dr hab. inż. Marcin Chwała.
Badacze z USA i Włoch są zgodni, że naturalne jaskinie mogą w przyszłości służyć jako schronienie dla astronautów i oceniają, że budowanie osad na powierzchni Księżyca będzie bardziej czasochłonne i trudne niż wzmocnienie ścian jaskiń. Bez dokładnego zbadania ich wnętrz trudno jednoznacznie potwierdzić te przypuszczenia.
Dotychczasowe badania, wskazujące na dużą ilość gruzu na dnie jaskiń, są na pewno elementem utrudniającym ewentualne zakładanie baz. Z drugiej strony, jeśli faktycznie tak jest, oznacza to, zgodnie z wynikami naszych badań, że mamy duże szanse na zbadanie paleoregolitu odsłoniętego przez lokalne zawaliska, co jest wielką zachętą do ich eksploracji – przyznaje wrocławski badacz.
Właśnie rozpoczyna nowy projekt, w którym zajmie się tematyką stabilności i rozmiarów księżycowych jaskiń lawowych.
źródło: PWr