Księżyc pełen jaskiń. Czy można je wykorzystać?

Jaskinie lawowe na Księżycu mogą w przyszłości być nie tylko dobrym miejscem do prowadzenia badań, ale także posłużyć jako schronienia. Ale czy będą bezpieczne? Problemem wytrzymałości ich stropów zajmuje się dr inż. Marcin Chwała z Politechniki Wrocławskiej.
 
Po raz pierwszy zagłębienia na powierzchni Księżyca opisano w 2009 r. Okazało się wówczas, że część z nich to zapadnięte korytarze lawowe, które mogą prowadzić do różnego rodzaju jaskiń i jam. Powstały one prawdopodobnie podczas przepływów lawy i z uwagi na małą siłę grawitacji mogą osiągać szerokość nawet kilkuset metrów. Chociaż brak jest dokładnych badań w tym zakresie, to pojawiły się pomysły użycia tego typu jaskiń jako baz i schronień dla ludzi w trakcie eksploracji Księżyca.
 
Takie korytarze pod wpływem grawitacji oraz innych czynników, takich jak uderzenia meteorytów, mogą się zapadać, tworząc rozległe zawaliska.

 
Polsko-japońska współpraca
 
Tematem stateczności księżycowych jaskiń i analizy zawalisk ich stropów zajął się dr inż. Marcin Chwała z Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego PWr, we współpracy z japońskimi naukowcami: prof. Goro Komatsu i doktorem Junichim Haruyamą. Efekty swojej pracy przedstawili w publikacji „Structural stability of lunar lava tubes with consideration of variable cross-section geometry”.
 
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. Nie są jeszcze dostępne żadne dokładne informacje, ani próbki z odwiertów z tych miejsc pochodzące z Księżyca, dlatego w przygotowaniu obliczeń naukowiec Politechniki Wrocławskiej korzystał m.in. ze skanów laserowych jaskini lawowej 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 – tłumaczy dr inż. Marcin Chwała. – Mamy jednak do dyspozycji bardzo cenną rzecz, czyli zawaliska na Księżycu, których geometrię już znamy – dodaje.
 
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.
 
– W ten sposób możemy ustalić rozmiary jaskiń odpowiadające za dane zawaliska przy określonej grubości stropu skalnego. Udało nam się to zrobić, oczywiście też w pewnym stopniu szacunkowo, i jest to całkiem nowe podejście do tego typu badań – podkreśla dr Chwała. – 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 – dodaje.
 
Idealne miejsce na księżycową bazę?
 
Zdaniem naszego naukowca zakładanie księżycowych baz w jaskiniach lawowych jest bardzo ciekawą alternatywą dla budowy baz powierzchniowych przede wszystkim ze względu na olbrzymi 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 uderzeniami meteorytów oraz dużymi wahaniami temperatury. W ciągu dnia temperatura na Księżycu przekracza bowiem 100 st. C, a w nocy spada do ok. -180 st. C.
 
Ile jaskiń jest na Księżycu?
 
– 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. – Obecnie znanych zawalisk jest ponad 200, ale nie wszystkie muszą być związane z jaskiniami lawowymi.
 
Naukowiec już zapowiada kontynuację projektu. W kolejnych etapach chciałby zająć się m.in. analizą warstw skał księżycowych i ich wpływem na stateczność lawowych jaskiń oraz modelowaniem zawalisk w trójwymiarze.