媒体报道，日前，科学家们首次在月球上找到了一个可以从月球表面洞口深入探索的地下通道。科学家指出，这个洞穴就是之前理论上存在的熔岩管洞穴。这个消息随即冲上热搜。因为人们确信，这个洞穴的发现，为人类建立月球基地的选址提供了重要思路：它是抵御月球表面「恶劣环境的天然避难所」，可用作未来的人类栖息地。
什么是熔岩管洞穴？它对人类建设月球基地有什么意义？目前发现的熔岩管洞穴处于什么状态？利用熔岩管洞穴还需要克服什么难题？未来建成的熔岩管基地什么样子？我们一起来看看这些问题的答案在哪里。
月球地下100多米有个洞穴
一个意大利研究团队日前在英国【自然·天文学】杂志发表研究成果，表示他们在月球静海区域发现了一处熔岩管洞穴，这处洞穴以及其他类似的洞穴有可能为宇航员提供天然庇护。
这个由意大利特伦托大学学者领衔的团队分析了美国航天局探测器获取的月球观测数据，他们发现，这个洞穴位于月球静海区域，距离美国阿波罗11号宇宙飞船1969年时的着陆点约400公里。它深约130米至170米，宽约45米，长30米至80米，与一个「天井」般的坑道相连。
参与此项研究的特伦托大学通信学教授Lorenzo Bruzzone表示，月球上存在此类结构的假设已经存在50多年，但这回是第一次证明它们真的存在。
研究人员在论文中写道，月球表面已发现200多个由熔岩管洞穴塌陷形成的「天井」般的坑道，而先前的技术难以确认这些「天井」是否与表面下的洞穴相连。他们采用近年开发的复杂信号处理技术，分析美国航天局月球勘测轨道飞行器2010年采集的相关雷达数据——静海坑是月球上已知最深的坑，半径约为100米，有垂直坑壁或悬壁，坑底倾斜。他们观察到该坑西侧的雷达亮度上升，并利用雷达图像进行了模拟，发现这些观测结果，能用「存在一个从坑底西侧扩张的洞穴空隙或管道 」来解释。
熔岩管在地球月球火星上都有
什么是熔岩管？专家介绍，熔岩管其实是洞穴的一种特殊形式。
「熔岩管是火山熔岩在流动过程中形成的中空管道，类似于地球上的溶洞。」长期从事行星地质研究的中国地质大学（武汉）教授肖龙解释了熔岩管的成因——火山喷发形成的液态熔岩流动时，由于表面冷却较快，先形成固体硬壳。在表层硬壳的保温作用下，其内部温度高、熔体继续保持液态，继续流动，从而形成管道。当火山喷发结束，熔岩供给终止，熔岩管道中的熔岩继续向下流动，从而形成中空的熔岩管。
海口七十二洞熔岩管洞穴。 摄影 / 王江 图据中国国家天文杂志
熔岩管并不是月球的特产，它在包括地球在内的多个星球上都有发现。地球上最大的熔岩管洞穴是位于韩国济州岛的「万丈窟」，它长度超过13千米，高数十米, 宽十余米，是20万至30万年前火山爆发时形成的。我国五大连池、镜泊湖、海南岛等也有发现。2023年，肖龙教授连续两年前往海南岛科考熔岩管洞穴，并进行对比研究。
由于月球的引力比地球更小，岩浆在流动时更不容易坍落，所以月球熔岩管的体积往往比地球的要大。熔岩管在火星上也广为分布，目前在火星发现的洞穴约1162个，主要集中在萨西斯火山省的大型火山的侧翼。
利用熔岩管建基地四大意义
目前，专家们一直认为，熔岩管洞穴是建月球基地的理想场所，里面可以住人、可以开展各种科学试验。简单总结，它有四大作用。
熔岩管隧道横截面和纵截面剖面图。图据中国国家天文杂志
一是环境相对恒温，能耗低。目前尚没有月球熔岩管内部温度的实测资料，但科学研究发现，月球表面温度处于-170℃—110℃之间，温差达到了280℃；而没有光照的内部温度处于-20℃—30℃之间，温差只有50℃。研究团队通过计算发现，如果让温度维持在人类正常生产生活的20℃左右时，建立在熔岩管内的能量消耗，只有在月球表面的1/5。
二是熔岩管洞穴是天然的屏障。月球表面的太阳射线辐射会严重威胁工作人员的生命安全，而岩溶管顶部的月壤能够有效抵御太阳射线。研究表明，6米厚的月壤就能将辐射剂量削弱到接近于零。熔岩管埋深经常达到数十米，所以在抵御宇宙射线方面很有优势。顶层也可以抵挡陨石和微陨石的撞击，阻挡月尘和溅射物，进而减少对人和设备的伤害。
三是可能赋存水冰。目前科研发现月球上有水冰。2023年，有科研团队发表文章称，月球表面含水量可能高达2700亿吨。由于熔岩管内为永久阴影区，温度很低，而且地势低洼，有可能收集月球上的水冰。一旦真的能够发现大量水冰，将为月球基地建设带来极大方便，为人类在月球的生产生活提供充分保障。
四是可以提供科研价值。熔岩管内部的特殊环境具有重要的天体生物学意义，是寻找地外生命绝佳场所。目前没有足够证据说明月球熔岩管洞穴内存在生命，但这种环境为将来开展多种生物实验提供了场所。另外，人类采集的月球样品来自表层几米深度范围内，样品经历了长期空间风化和多次混合。相比而言，熔岩管内部保留了不同时期岩浆活动的新鲜样品，通过分析剖面不同层位的样品，可以了解月球岩浆活动的特征，对理解月球起源、形成过程和岩浆的演化具有重大意义。
月球熔岩管长度可能超40公里
熔岩管是中空的地下管道，在天体本身的构造活动和外来天体撞击作用下，熔岩管的塌陷现象十分普遍，熔岩管塌陷后往往会形成天窗。2009年, 日本发射的月球环绕器发现了三个直径和深度都为几十米的洞穴，这些洞穴被认为是熔岩管道局部塌陷后形成的天窗。
目前，识别熔岩管的方法主要是依据其塌陷后形成的天窗，这些洞穴式天窗区别于普通撞击坑的显著特征是，普通小型撞击坑底部具有完整的碗型形态，撞击坑的外缘会有明显的隆起和溅射物的堆积。而熔岩管天窗的底部是深陷的或不规则形态的，其深度与直径之比远大于普通撞击坑。另外，熔岩管的塌陷口一般具有向内倾斜的斜坡，斜坡外缘不会有隆起。
月球熔岩管天窗（左），月球陨石坑（右），能看出熔岩管天窗和陨石坑差别比较大，和陨石坑相比，熔岩管天窗周围没有明显凸起，内部也没有斜坡。 图据「科学大院」
2011年，印度的月船一号探测器探测了月溪，发现这里的熔岩管顶部宽度超过300米；2017年，美国普渡大学Blair教授的数值模拟结果显示，5公里宽的月球熔岩管在一定条件下仍可以保持稳定；2020年，意大利帕多瓦大学Riccardo Pozzobon教授表示，月球熔岩管长度在一定条件下可以超出40公里。假设一个巨大的月球熔岩管宽度能达到5公里，长度能达到40公里，则其底部面积可以达到惊人的200平方公里，可以装下6个澳门。
研究团队计划先在溶洞做实验
由于人类目前缺乏在月球熔岩管内建设基地的条件和经验，有研究团队独辟蹊径，提出用喀斯特溶洞模拟月球熔岩管，在里面开展实验进行工程建设。虽然喀斯特溶洞和熔岩管的形成机理不太一样，但二者结构上形态很相似，都是弯曲的半圆形洞穴；环境上都具有相对恒定的温度；而且都是比较封闭的空间。所以在喀斯特溶洞中进行实验模拟是值得尝试的。
2022年年底，最新一期【空间科学与技术（英文）】期刊刊发了由重庆大学谢更新团队联手北京空间机电研究所果琳丽研究员的研究文章，该研究探讨将月球熔岩管用于人类居住的可行性，并提出利用地球溶洞模拟地外熔岩管的方案设想，这一方案可行性得到国际认可。
喀斯特溶洞模拟平台。 图据科技日报
据了解，团队计划利用重庆的喀斯特地貌，寻找合适的溶洞，采用溶洞模拟地外天体熔岩管的内部环境，通过封闭溶洞实现与外部环境的完全隔离。溶洞实验包括洞室自动施工技术以及人工生态系统实验。采用导光管将阳光引入生态实验室，为作物生长提供阳光，并开发自动能源控制系统。
「在溶洞内建设月球基地，还需要突破如何将大的建筑体密封和如何远程操控机器建造两大难题。」谢更新表示，这也是项目研究的重点，他们将围绕密封、自动建造技术和地下通信、生态系统循环、人机环工效等问题进行研究，为在月球熔岩管内建造人类基地提供可操作性方案。
不过设想虽然很美好，但实际执行中确实会碰到很多困难和挑战。比如还没有探测器进入熔岩管内部，还缺乏具体详细的资料数据；又比如，大规模封闭生态系统实验还没有成功的案例，上世纪90年代轰轰烈烈的「生物圈2号」实验最终也以失败告终；再比如智能建造技术的发展也不成熟，目前还无法自动建造大型复杂的工程。
尽管还有许多关键技术有待突破，但人类一直在努力，比如美国计划2025年让探测器进入月球熔岩管开展相关实验，世界各地对生态系统和智能建造的探索也在如火如荼地进行。
熔岩管洞穴月球基地想象图。 图据中国国家天文
一旦熔岩管里的大型月球基地得以成功落地，那就意味着大规模可持续的月球开发计划将有可能持续进行：月球上丰富的资源有机会为人类所用，地月旅行或许也能进入寻常百姓家，月球也可以成为火星探测的大本营。这对人类生存发展的意义至关重大，我们可以选择相信未来。
上游新闻据新华社、长江日报、科技日报、中国国家天文杂志、「科学大院」（中科院官方科普平台）等综合
