Sedan urminnes tider har grottor lockat människor, deras mörker är fullt av faror, men hemligheten i djupet lockar Pithecanthropus, moderna forskare och turister. Hundratals land- och undervattensgrottor har utforskats på jorden, men ett svårare mål väntar framåt - grottor på andra planeter. Bloggare och populariserare av kosmonautik Vitaly "Green Cat" Yegorov berättade om vad som väntar på framtida rymdskydd.
De flesta av de kända grottorna på jorden bildades som ett resultat av erosion - förstörelsen av stenar, vanligtvis under påverkan av vatten och kemiska föreningar upplösta i den. Sådana grottor kallas karstgrottor. I vulkanregioner är underjordiska håligheter av lava ursprung utbredda - kupoler och rör. Till skillnad från karstgrottor, som det tar tusentals eller miljontals år att bilda, bildas vulkaniska grottor ganska snabbt, under en period av utbrott och aktiv utgömning av lava.
Vulkaniska grottor
Ett lavarör är en lång, naturligt förekommande tunnel, ibland upp till tiotals kilometer lång, med ett plant golv och ett välvt tak. Röret bildas under utbrottet av ganska flytande och viskös basaltisk lava. Spridningen från källan börjar lavaflödet svalna och den övre skorpan stelnar först, under vilken flödet fortsätter. På grund av utsläpp av vulkaniska gaser mellan "taket" och strömmen bildas ett hålrum som expanderar när strömmen torkar upp. Resultatet är en riktig "tunnelbana" lämplig för promenader. Det ökade trycket av vulkaniska gaser leder till sekundär smältning av rörets valv, så ibland är det täckt med lavastalaktiter.
Vulkanism är också känt på andra planeter.
Enligt ett antal indirekta tecken kan det antas att vulkanerna i Venus fortfarande bryter ut och tack vare värmen där svalnar deras lava mycket långsammare, vilket innebär att flödena blir mycket bredare. Det antas också att, på grund av svavelföreningar, är smältningstemperaturen för venusisk lava lägre än jordens, och detta bidrar ytterligare till lavaflödenas rörlighet.
Mars är känt för sina jätte vulkaner - men nu somnade de alla, men innan det lyckades de översvämma tusentals kvadratkilometer av ytan med basaltisk lava.
Kampanjvideo:
Månen upplevde vid en tidpunkt också en aktiv period associerad med både asteroidbombardemang och intern tektonisk aktivitet. Månens stora vidder översvämmas av lavaströmmar, som vi kallar hav.
Forskare gissade att det borde finnas lavagrottor på månen och solsystemets planeter redan på 1800-talet, men de första upptäckterna fick vänta till början av kosmonautikens tid.
Kollapsade lavarör i sluttningarna av vulkanen Pavlina i bilden från Mars Express-satelliten.
Caves of Mars
Kollapsade vulkaniska rör i sluttningarna av Mars vulkaner upptäcktes av den automatiska interplanetära stationen Viking på 1970-talet.
Trettio år senare fångade Mars Odyssey-satelliten de första sinkhålen, vilket indikerade att fortfarande befintliga grottor väntade på sina grottor. De gapande dopparnas diameter når 250 meter. De flesta av dem hittades i sluttningarna av sköldvulkaner i Tarsis Highlands. Den moderna Mars Reconnaissance Orbiter, med ett högupplöst HiRISE-teleskop, kunde se in i tarmarna på Mars, så långt som möjligt från omloppsbanan.
Ett handfat i en lavagrotta på vulkanen Mars Askriyskaya. MRO-satellitbild.
Marsgrottor lockar forskare av flera skäl. På grund av den tunna atmosfären bestrålas hela planetens yta av ultraviolett ljus från solen och bombarderas av kosmiskt laddade partiklar, så det är osannolikt att det finns mikrobiellt liv eller till och med komplexa organiska föreningar i jordens övre lager. Under skydd av grottvalv ökar chanserna för att de bevaras dramatiskt - även om livet inte längre finns där kommer dess rester att ligga mycket längre. Det är också möjligt att vattenis och andra föreningar som är mer flyktiga i öppna områden kommer att hittas i marsgrottorna.
De mest djärva drömmarna föreslår att marsgrottorna kan bli en fristad för de första mänskliga baserna och bosättningarna - skydd mot strålning och vattenförsörjning kommer att vara till nytta för framtida kolonister. Även om ett antal faktorer indikerar att Mars vulkaniska grottor inte är den mest lämpliga platsen att bo på. Alla ligger på vulkaniska backar på flera kilometer över slätten. Under tiden är det svårt att landa i hög höjdregioner på grund av det alltför tunna lagret av atmosfären. Atmosfären hjälper till att spara bränsle för bromsning under landning, så det tyngsta rymdfarkosten försöker sänka på de djupaste platserna på Mars. Tack vare samma atmosfär skyddas låglandet bättre från strålning. Och avlagringar av vattenis på ytan har också studerats, inklusive i närheten av Mars djupaste depression - Hellas-dalen. Därför,tills närvaron av biogena eller andra mineraler i marsgrottorna har bekräftats, är det lämpligt att utforska dem med hjälp av robotmedel.
En viktig faktor som hindrar utvecklingen av Mars-speleologi är kraven på planetens säkerhet. Om det finns en möjlighet att bevara hypotetiskt marslivet i grottor, måste forskaren vara 100 procent steril för att utesluta sannolikheten för det fantastiska scenariot i "Martian Chronicles", där en jordnysnys dödade en stor civilisation. Idag är det inte möjligt att säkerställa fullständig sterilitet för rymdfarkosten på jorden, och våra mikrober klarar av rymdflygningen. Därför ser inte marsmännen för att inte av misstag förstöra dem.
Mångrottor
Men läran om planetens säkerhet stör inte besöket av mångrottorna. Hollow Moon har upprepade gånger blivit plats för fantastiska verk. Även om verkligheten är långt ifrån fiktion är den också uppmuntrande för romantiker. Förekomsten av mångrottor antogs länge, men direkt bekräftelse kom först 2009. För första gången upptäckte den japanska robotstationen Kaguya ovanliga kratrar som inte hade någon cirkulär vall och inget tecken på intern utkastning. Deras diameter nådde 100 meter, och djupet verkade så betydande att lateralt solljus helt enkelt inte nådde botten. Den amerikanska sonden Lunar Reconnaissance Orbiter kunde undersöka dopparna mycket mer detaljerat, vid olika tidpunkter på dagen, uppskatta inte bara botten och dess innehåll utan även sidoväggarnas struktur och till och med se under bågarna.
Fel i underkaviteten i lugnens hav. LRO satellitundersökning.
Fel i underkaviteten i lugnens hav. LRO satellitundersökning.
En grupp forskare från University of Arizona har utvecklat en speciell PitScan-algoritm, som i ett halvautomatiskt läge letade efter hål i grottor på månytan och hittade mer än tvåhundra av dem. De kan delas in i tre villkorliga grupper:
- fel på lavakanaler som löpte ut under vulkanutbrott;
lavahåligheter som bildas av smältan som bildas i stora kratrar sedan stora asteroider faller;
- håligheter i månhavet.
Ett hål i det påstådda lavaröret kunde ses på de vulkaniska högländerna i Marius Hills, vid ekvatorn väster om den synliga sidan av månen. Från satelliterna syns en lavaflödeskanal som sträcker sig från vulkanens ventilationsruta i tiotals kilometer. Ett hål syns i den frysta strömmen cirka 25 kilometer från kratern. Antingen gjorde en meteorit den eller så kollapsade "taket" av sig själv, men nu kan du se ett hål 80 meter brett och 45 meter djupt. Strömens bredd på platsen för hålet når 800 meter och uppströms når den upp till en kilometer, så det kan finnas en jättetunnel enligt jordiska standarder.
Vid Purdue University genomfördes numeriska simuleringar, enligt vilka styrkan av basaltisk lava och låg månvikt gör det möjligt att bevara valv i tunnlar upp till en kilometer bred vid ytan och hallar upp till fem kilometer breda på ett djup av flera hundra meter utan förstörelse. Uppgifterna om månens gravitationsfält, erhållna med hjälp av GRAIL-sonderna, hjälpte till att jämföra simuleringen med verkligheten. Forskare tog GRAIL-avläsningar över ett möjligt hålrum i Marius Hills och försökte hitta liknande data som erhållits någon annanstans. Så det var möjligt att hitta upp till tio "signaturer" av möjliga månhåligheter, varav några är 100 kilometer långa och flera kilometer breda. De flesta av dem finns under månhavet.
Flera hål i månhavet upptäcktes verkligen, men de sammanfaller inte med de möjliga tomrummen som beräknades från avvikelserna från gravitationsfältet. Ett hål i lugnhavet, cirka 400 kilometer nordost om landningsplatsen Apollo 11, är emellertid det största och djupaste kartlagt av satellit. Hålet har en diameter på cirka 100 meter och ett djup på upp till 100 meter. Det finns inga lavakanaler eller vulkaniska kupoler i närheten som kan indikera närvaron av en tunnel, men en sådan närvaro kan fortfarande antas.
Detta hål är intressant för forskare inte bara på grund av vad som kan döljas längst ner, utan också på grund av dess skiktade struktur, som syns på hålets branta väggar. Dessa lager antyder för forskare att lavahavet bildades som ett resultat av flera lavautsläpp, varav några var ganska tunna, upp till en meter.
Hålet i lugnens hav är fortfarande en av de mest lämpliga platserna för en robotprob att landa och utforska grottan från insidan. Hittills planerar dock inte en enda rymdorganisation utvecklingen av mångrottorrobotar. Apollo 15-astronauter som utforskade sluttningarna av Hadley Rill Canyon, som, enligt en hypotes, en gång var ett lavarör, men senare kollapsade helt, kom närmast hemligheterna i månlava-rören.
Apollo 15 besättningsbefäl David Scott framför Hadley Rill Valley. Foto av pilotmodulen James Irwin.
Framtiden för interplanetär speleologi
Under tiden förbereds framtida utforskning av mån- och marsgrottor på jorden. På vår planet finns många vulkaniska grottor tillgängliga för att utforska och besöka, vilket gör att man kan presentera alla komplexiteten i interplanetär speleologi. I Ryssland är lavarör och grottor kända i Kamchatka. En av lavarören, cirka 100 meter långa, finns i vulkanen Gorely. Denna grotta är ganska gammal, kvar efter ett utbrott för två tusen år sedan. I det kan du känna dig som en Mars-utforskare tack vare temperaturen nära noll och en massiv glaciär som delvis blockerar ingången.
Lavagrotta av vulkanen Tolbachik, bildad av utbrottet 2012-2013.
Flera grottor bildades under vulkanen Tolbachiks utbrott 2012–2013. Dessa grottor är mer pittoreska, med hajtand lavastalaktiter som täcker taket, salt droppar i taket och växande stalagmiter på golvet. Här bevaras värmen från kylning av lava fortfarande, te kan fortfarande kokas på varma sprickor och vissa grottor i grottorna är oåtkomliga för besökare på grund av den höga temperaturen.
Trots det uppenbara vetenskapliga intresset för att utforska främmande grottor har hittills ingen rymdorganisation brutit mot deras hemligheter. Det tekniska genomförandet av en sådan studie är fortfarande ett allvarligt hinder på denna väg. Sonden kommer antingen att behöva planteras exakt längst ner i hålet eller förses med klättringsutrustning för att falla ner en vertikal vägg. Detta ensamma räcker för att stoppa all utveckling - komplexiteten är för hög och därmed risken. Därefter måste du tillhandahålla kraft till roboten i grottans mörker, och viktigast av allt, kontrollera och upprätthålla kommunikation utan direkt radiosynlighet.
Vid rymdutforskning ges alltid projekt med hög tillförlitlighet och lovar långsiktiga leveranser av unika data, så grottrobotar tappar fortfarande konkurrensen mot satelliter och teleskop. Endast ett fåtal privata team av deltagare i Google Lunar XPRIZE-tävlingen meddelade att deras utveckling kommer att göra det möjligt att studera mångrottor. Det amerikanska astrobotiska laget och japanska Hakuto har utsett mångrottor som sina mål, men så länge deras sonder är kvar på jorden och på månen behöver de bara gå 500 meter för att förtjäna seger. Med tanke på mångrottornas sällsynthet och svårigheten att exakt landa är det osannolikt att lag kommer att kunna nå månhålorna första gången.