Dal 1970, ogni anno astronomi, geologi, geofisici e una miriade di altri specialisti si riuniscono per partecipare alla Conferenza lunare e planetaria (LPCS). Sponsorizzato congiuntamente dal Lunar and Planetary Institute (LPI) e dal Johnson Space Center (JSC) della NASA, questo evento annuale è una possibilità per gli scienziati di tutto il mondo di condividere e presentare le ultime ricerche planetarie riguardanti l'unica luna della Terra.
Quest'anno, uno dei maggiori fattori che ha attirato l'attenzione sono stati i risultati presentati martedì 17 marzo da un team di studenti dell'Università di Purdue. Guidato da uno studente laureato del Dipartimento di Scienze della Terra, dell'atmosfera e del pianeta dell'università, lo studio che hanno condiviso indica che potrebbero esserci tubi lavici stabili sulla luna, abbastanza grandi da ospitare intere città.
Oltre ad essere un obiettivo per futuri studi geologici e geofisici, l'esistenza di questi tubi potrebbe anche essere un vantaggio per la futura esplorazione dello spazio umano. Fondamentalmente, hanno sostenuto, tunnel sotterranei così grandi e stabili potrebbero fornire una casa per gli insediamenti umani, proteggendoli da radiazioni cosmiche dannose e temperature estreme.
I tubi di lava sono condotti naturali formati da lava fluente che si muove sotto la superficie a seguito di un'eruzione vulcanica. Mentre la lava si muove, i suoi bordi esterni si raffreddano, formando una crosta indurita, simile a un canale, che viene lasciata indietro quando il flusso di lava si ferma. Per qualche tempo, gli scienziati lunari hanno speculato sul fatto che i flussi di lava si verifichino o meno sulla Luna, come dimostrato dalla presenza di sinuosi rilles sulla superficie.
Rilles sinuosi sono depressioni strette nella superficie lunare che ricordano i canali e hanno percorsi curvi che si snodano attraverso il paesaggio come una valle del fiume. Attualmente si ritiene che questi rilles siano i resti di tubi di lava collassati o flussi di lava estinti, il che è supportato dal fatto che di solito iniziano nel sito di un vulcano spento.
Quelli che sono stati osservati sulla Luna in passato hanno dimensioni fino a 10 chilometri di larghezza e centinaia di chilometri di lunghezza. A quella dimensione, l'esistenza di un tubo stabile - cioè uno che non era crollato per formare un sinuoso rille - sarebbe abbastanza grande da ospitare una grande città.
Per motivi di studio, il team di Purdue ha esplorato se i tubi di lava della stessa scala potessero esistere sottoterra. Ciò che hanno scoperto è che la stabilità di un tubo di lava dipendeva da una serie di variabili, tra cui larghezza, spessore del tetto e stato di stress della lava raffreddata. i ricercatori hanno anche modellato tubi di lava con pareti create da lava disposte in uno spesso strato e con lava disposta in molti strati sottili.
David Blair, uno studente laureato nel Dipartimento di Scienze della Terra, dell'atmosfera e del pianeta di Purdue, ha condotto lo studio che ha esaminato se i tubi di lava vuoti più larghi di 1 chilometro potessero rimanere strutturalmente stabili sulla luna.
"Il nostro lavoro è in qualche modo unico in quanto abbiamo combinato i talenti di persone provenienti da vari dipartimenti di Purdue", ha detto Blair a Space Magazine via email. "Con la guida del Prof. Bobet (un professore di ingegneria civile) siamo stati in grado di incorporare una moderna comprensione della meccanica rock nei nostri modelli computerizzati di tubi di lava per vedere come potrebbero effettivamente fallire e rompersi sotto gravità lunare".
Per motivi di ricerca, il team ha costruito una serie di modelli di tubi di lava di diverse dimensioni e con diversi spessori del tetto per verificarne la stabilità. Ciò consisteva nel controllare ogni modello per vedere se prevedeva un guasto in qualsiasi punto del tetto del tubo di lava.
"Ciò che abbiamo scoperto è stato sorprendente", ha continuato Blair, "in quanto i tubi di lava molto più grandi sono teoricamente possibili di quanto si pensasse in precedenza. Anche con un tetto spesso pochi metri, i tubi di lava di un chilometro di larghezza possono essere in grado di rimanere in piedi. Il motivo per cui, tuttavia, è un po 'meno sorprendente. L'ultimo lavoro che abbiamo potuto trovare sull'argomento proviene dalApollo epoca, e ha usato un'approssimazione molto più semplice della forma del tubo di lava - una trave piatta per un tetto.
Lo studio a cui si riferisce, "Sull'origine delle razze sinuose lunari", è stato pubblicato nel 1969 sulla rivista Geologia moderna. In esso, i professori Greeley, Oberbeck e Quaide hanno avanzato l'argomentazione secondo cui la formazione di sinuosi rilles era legata al collasso dei tubi di flusso di lava e che potevano ancora esistere quelli stabili. Calcolando per un tetto a travi piane, il loro lavoro ha trovato una dimensione massima del tubo di lava di poco meno di 400 m.
"I nostri modelli usano una geometria più simile a quella che si vede nei tubi di lava sulla Terra", ha detto Blair, "una sorta di forma semi-ellittica con un tetto ad arco. Il fatto che un tetto ad arco permetta a un tubo di lava più grande di rimanere in piedi ha senso: gli umani hanno saputo fin dall'antichità che i tetti ad arco consentono a tunnel o ponti di rimanere in piedi con campate più ampie. "
Lo studio Purdue si basa anche su precedenti studi condotti da JAXA e NASA in cui immagini di "lucernari" sulla Luna - ovvero buchi nella superficie lunare - hanno confermato la presenza di caverne di almeno alcune decine di metri di diametro. I dati del Laboratorio di recupero di gravità lunare e interni della NASA (GRAIL), che mostravano grandi variazioni nello spessore della crosta lunare, sono ancora interpretati, ma potrebbero anche essere un'indicazione di grandi rientranze del sottosuolo.
Di conseguenza, Blair è fiducioso che il loro lavoro apra spiegazioni nuove e fattibili per molti diversi tipi di osservazioni che sono state fatte in precedenza. In precedenza, era inconcepibile che sulla Luna potessero esistere grandi e stabili caverne. Ma grazie allo studio teorico del suo team, è ormai noto che nelle condizioni adeguate è il meno possibile.
Un altro aspetto eccitante di questo lavoro sono le implicazioni che offre per la futura esplorazione e persino la colonizzazione sulla Luna. La questione della protezione dalle radiazioni è già importante. Dato che la Luna non ha atmosfera, i coloni e le operazioni agricole non avranno protezioni naturali dai raggi cosmici.
"I tubi di lava geologicamente stabili sarebbero assolutamente un vantaggio per l'esplorazione dello spazio umano", ha commentato Blair. “Una caverna del genere potrebbe essere un posto davvero ideale per costruire una base lunare e generalmente per sostenere una presenza umana sostenuta sulla Luna. Scendendo sotto la superficie anche di pochi metri, improvvisamente mitigate molti problemi con il tentativo di abitare la superficie lunare. "
Fondamentalmente, oltre a proteggere dalle radiazioni, una base sotterranea eviterebbe i problemi dei micrometeoriti e gli estremi cambiamenti di temperatura che sono comuni sulla superficie lunare. Inoltre, i tubi di lava sotterranei più stabili potrebbero anche facilitare il compito di pressurizzare una base per l'abitazione umana.
"Le persone hanno studiato e parlato di tutte queste cose prima", ha aggiunto Blair, "ma il nostro lavoro mostra che questo tipo di opportunità potrebbe potenzialmente esistere - ora non ci resta che trovarle. Gli umani hanno vissuto nelle caverne sin dall'inizio, e potrebbe anche avere senso sulla Luna! ”
Oltre a Melosh, Blair e Bobet, i membri del team includono Loic Chappaz e Rohan Sood, studenti laureati presso la School of Aeronautics and Astronautics; Kathleen Howell, professore di ingegneria aeronautica e astronautica di Purdue Hsu Lo; Andy M. Freed, professore associato di scienze della terra, atmosferiche e planetarie; e Colleen Milbury, un ricercatore post-dottorato associato nel Dipartimento di Scienze della Terra, dell'atmosfera e del pianeta.
