媒體報道，日前，科學家們首次在月球上找到了一個可以從月球表面洞口深入探索的地下通道。科學家指出，這個洞穴就是之前理論上存在的熔巖管洞穴。這個訊息隨即沖上熱搜。因為人們確信，這個洞穴的發現，為人類建立月球基地的選址提供了重要思路：它是抵禦月球表面「惡劣環境的天然避難所」，可用作未來的人類棲息地。
什麽是熔巖管洞穴？它對人類建設月球基地有什麽意義？目前發現的熔巖管洞穴處於什麽狀態？利用熔巖管洞穴還需要克服什麽難題？未來建成的熔巖管基地什麽樣子？我們一起來看看這些問題的答案在哪裏。
月球地下100多米有個洞穴
一個義大利研究團隊日前在英國【自然·天文學】雜誌發表研究成果，表示他們在月球靜海區域發現了一處熔巖管洞穴，這處洞穴以及其他類似的洞穴有可能為太空人提供天然庇護。
這個由義大利特倫托大學學者領銜的團隊分析了美國航天局探測器獲取的月球觀測數據，他們發現，這個洞穴位於月球靜海區域，距離美國阿波羅11號宇宙飛船1969年時的著陸點約400公裏。它深約130公尺至170公尺，寬約45公尺，長30公尺至80公尺，與一個「天井」般的坑道相連。
參與此項研究的特倫托大學通訊學教授Lorenzo Bruzzone表示，月球上存在此類結構的假設已經存在50多年，但這回是第一次證明它們真的存在。
研究人員在論文中寫道，月球表面已發現200多個由熔巖管洞穴塌陷形成的「天井」般的坑道，而先前的技術難以確認這些「天井」是否與表面下的洞穴相連。他們采用近年開發的復雜訊號處理技術，分析美國航天局月球勘測軌域飛行器2010年采集的相關雷達數據——靜海坑是月球上已知最深的坑，半徑約為100公尺，有垂直坑壁或懸壁，坑底傾斜。他們觀察到該坑西側的雷達亮度上升，並利用雷達影像進行了模擬，發現這些觀測結果，能用「存在一個從坑底西側擴張的洞穴空隙或管道 」來解釋。
熔巖管在地球月球火星上都有
什麽是熔巖管？專家介紹，熔巖管其實是洞穴的一種特殊形式。
「熔巖管是火山熔巖在流動過程中形成的中空管道，類似於地球上的溶洞。」長期從事行星地質研究的中國地質大學（武漢）教授肖龍解釋了熔巖管的成因——火山噴發形成的液態熔巖流動時，由於表面冷卻較快，先形成固體硬殼。在表層硬殼的保溫作用下，其內部溫度高、熔體繼續保持液態，繼續流動，從而形成管道。當火山噴發結束，熔巖供給終止，熔巖管道中的熔巖繼續向下流動，從而形成中空的熔巖管。
海口七十二洞熔巖管洞穴。 攝影 / 王江 圖據中國國家天文雜誌
熔巖管並不是月球的特產，它在包括地球在內的多個星球上都有發現。地球上最大的熔巖管洞穴是位於南韓濟州島的「萬丈窟」，它長度超過13千米，高數十米, 寬十余米，是20萬至30萬年前火山爆發時形成的。中國五大連池、鏡泊湖、海南島等也有發現。2023年，肖龍教授連續兩年前往海南島科考熔巖管洞穴，並進行對比研究。
由於月球的重力比地球更小，巖漿在流動時更不容易坍落，所以月球熔巖管的體積往往比地球的要大。熔巖管在火星上也廣為分布，目前在火星發現的洞穴約1162個，主要集中在薩西斯火山省的大型火山的側翼。
利用熔巖管建基地四大意義
目前，專家們一直認為，熔巖管洞穴是建月球基地的理想場所，裏面可以住人、可以開展各種科學試驗。簡單總結，它有四大作用。
熔巖管隧道橫截面和縱截面剖面圖。圖據中國國家天文雜誌
一是環境相對恒溫，能耗低。目前尚沒有月球熔巖管內部溫度的實測資料，但科學研究發現，月球表面溫度處於-170℃—110℃之間，溫差達到了280℃；而沒有光照的內部溫度處於-20℃—30℃之間，溫差只有50℃。研究團隊透過計算發現，如果讓溫度維持在人類正常生產生活的20℃左右時，建立在熔巖管內的能量消耗，只有在月球表面的1/5。
二是熔巖管洞穴是天然的屏障。月球表面的太陽射線放射線會嚴重威脅工作人員的生命安全，而巖溶管頂部的月壤能夠有效抵禦太陽射線。研究表明，6公尺厚的月壤就能將放射線劑量削弱到接近於零。熔巖管埋深經常達到數十米，所以在抵禦宇宙射線方面很有優勢。頂層也可以抵擋隕石和微隕石的撞擊，阻擋月塵和濺射物，進而減少對人和裝置的傷害。
三是可能賦存水冰。目前科研發現月球上有水冰。2023年，有科研團隊發表文章稱，月球表面含水量可能高達2700億噸。由於熔巖管內為永久陰影區，溫度很低，而且地勢低窪，有可能收集月球上的水冰。一旦真的能夠發現大量水冰，將為月球基地建設帶來極大方便，為人類在月球的生產生活提供充分保障。
四是可以提供科研價值。熔巖管內部的特殊環境具有重要的天體生物學意義，是尋找地外生命絕佳場所。目前沒有足夠證據說明月球熔巖管洞穴記憶體在生命，但這種環境為將來開展多種生物實驗提供了場所。另外，人類采集的月球樣品來自表層幾米深度範圍內，樣品經歷了長期空間風化和多次混合。相比而言，熔巖管內部保留了不同時期巖漿活動的新鮮樣品，透過分析剖面不同層位的樣品，可以了解月球巖漿活動的特征，對理解月球起源、形成過程和巖漿的演化具有重大意義。
月球熔巖管長度可能超40公裏
熔巖管是中空的地下管道，在天體本身的構造活動和外來天體撞擊作用下，熔巖管的塌陷現象十分普遍，熔巖管塌陷後往往會形成天窗。2009年, 日本發射的月球環繞器發現了三個直徑和深度都為幾十米的洞穴，這些洞穴被認為是熔巖管道局部塌陷後形成的天窗。
目前，辨識熔巖管的方法主要是依據其塌陷後形成的天窗，這些洞穴式天窗區別於普通撞擊坑的顯著特征是，普通小型撞擊坑底部具有完整的碗型形態，撞擊坑的外緣會有明顯的隆起和濺射物的堆積。而熔巖管天窗的底部是深陷的或不規則形態的，其深度與直徑之比遠大於普通撞擊坑。另外，熔巖管的塌陷口一般具有向內傾斜的斜坡，斜坡外緣不會有隆起。
月球熔巖管天窗（左），月球隕石坑（右），能看出熔巖管天窗和隕石坑差別比較大，和隕石坑相比，熔巖管天窗周圍沒有明顯凸起，內部也沒有斜坡。 圖據「科學大院」
2011年，印度的月船一號探測器探測了月溪，發現這裏的熔巖管頂部寬度超過300公尺；2017年，美國普渡大學Blair教授的數值模擬結果顯示，5公裏寬的月球熔巖管在一定條件下仍可以保持穩定；2020年，義大利帕多瓦大學Riccardo Pozzobon教授表示，月球熔巖管長度在一定條件下可以超出40公裏。假設一個巨大的月球熔巖管寬度能達到5公裏，長度能達到40公裏，則其底部面積可以達到驚人的200平方公裏，可以裝下6個澳門。
研究團隊計劃先在溶洞做實驗
由於人類目前缺乏在月球熔巖管內建設基地的條件和經驗，有研究團隊獨辟蹊徑，提出用喀斯特溶洞模擬月球熔巖管，在裏面開展實驗進行工程建設。雖然喀斯特溶洞和熔巖管的形成機理不太一樣，但二者結構上形態很相似，都是彎曲的半圓形洞穴；環境上都具有相對恒定的溫度；而且都是比較封閉的空間。所以在喀斯特溶洞中進行實驗模擬是值得嘗試的。
2022年年底，最新一期【空間科學與技術（英文）】期刊刊發了由重慶大學謝更新團隊聯手北京空間機電研究所果琳麗研究員的研究文章，該研究探討將月球熔巖管用於人類居住的可行性，並提出利用地球溶洞模擬地外熔巖管的方案設想，這一方案可行性得到國際認可。
喀斯特溶洞模擬平台。 圖據科技日報
據了解，團隊計劃利用重慶的喀斯特地貌，尋找合適的溶洞，采用溶洞模擬地外天體熔巖管的內部環境，透過封閉溶洞實作與外部環境的完全隔離。溶洞實驗包括洞室自動施工技術以及人工生態系實驗。采用導光管將陽光引入生態實驗室，為作物生長提供陽光，並開發自動能源控制系統。
「在溶洞內建設月球基地，還需要突破如何將大的建築體密封和如何遠端操控機器建造兩大難題。」謝更新表示，這也是計畫研究的重點，他們將圍繞密封、自動建造技術和地下通訊、生態系迴圈、人機環工效等問題進行研究，為在月球熔巖管內建造人類基地提供可操作性方案。
不過設想雖然很美好，但實際執行中確實會碰到很多困難和挑戰。比如還沒有探測器進入熔巖管內部，還缺乏具體詳細的資料數據；又比如，大規模封閉生態系實驗還沒有成功的案例，上世紀90年代轟轟烈烈的「生物圈2號」實驗最終也以失敗告終；再比如智慧建造技術的發展也不成熟，目前還無法自動建造大型復雜的工程。
盡管還有許多關鍵技術有待突破，但人類一直在努力，比如美國計劃2025年讓探測器進入月球熔巖管開展相關實驗，世界各地對生態系和智慧建造的探索也在如火如荼地進行。
熔巖管洞穴月球基地想象圖。 圖據中國國家天文
一旦熔巖管裏的大型月球基地得以成功落地，那就意味著大規模永續的月球開發計劃將有可能持續進行：月球上豐富的資源有機會為人類所用，地月旅行或許也能進入尋常百姓家，月球也可以成為火星探測的大本營。這對人類生存發展的意義至關重大，我們可以選擇相信未來。
上遊新聞據新華社、長江日報、科技日報、中國國家天文雜誌、「科學大院」（中科院官方科普平台）等綜合
