TWOJA PRZEGLĄDARKA JEST NIEAKTUALNA.
Wykryliśmy, że używasz nieaktualnej przeglądarki, przez co nasz serwis może dla Ciebie działać niepoprawnie. Zalecamy aktualizację lub przejście na inną przeglądarkę.
Zawalisko na obszarze morza spokoju (Mare Tranquillitatis) uwiecznione pod różnymi kątami przez orbiter księżycowy LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) (NASA/GSFC/Arizona State University)
Jaskinie lawowe na Księżycu mogą być w przyszłości nie tylko dobrym miejscem do prowadzenia badań, ale także posłużyć jako schronienia. Problemem wytrzymałości ich stropów zajął się dr inż. Marcin Chwała z Politechniki Wrocławskiej.
Po raz pierwszy zagłębienia na powierzchni Księżyca opisano w 2009 r. i 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 trzęsienia „ziemi” (nazywane trzęsieniami księżyca) lub uderzenia meteorytów mogą się zapadać, tworząc rozległe zawaliska.
Temat stateczności księżycowych jaskiń i analizy zawalisk ich stropów podjął dr inż. Marcin Chwała z Katedry Geotechniki, Hydrotechniki, Budownictwa Podziemnego i Wodnego. Efekty swoich badań, prowadzonych we współpracy z prof. Goro Komatsu (z włoskiej uczelni Università degli Studi „G. d'Annunzio” Chieti – Pescara) i doktorem Junichim Haruyamą (Japan Aerospace Exploration Agency), przedstawił w publikacji „Structural stability of lunar lava tubes with consideration of variable cross-section geometry”.
– Astronomią interesowałem się od najmłodszych lat i nawet przez jakiś czas studiowałem na tym kierunku. Ostatecznie wybrałem naukę i pracę na PWr, ale ta tematyka pozostała mi bliska. W 2017 r. podczas wyjazdu naukowego poznałem we Włoszech prof. Goro Komatsu, który prowadził kurs związany z geologią planetarną i omawiał m.in. zawaliska księżycowe. Bardzo mnie to zaciekawiło, tym bardziej, że okazało się, że te kwestie są bardzo słabo opisane – mówi dr inż. Marcin Chwała.
Swoje badania rozpoczął 1,5 roku temu, opierając się przede wszystkim na danych pozyskanych przez sondy kosmiczne badające powierzchnię Księżyca oraz opracowaniach przedstawiających geometrię zmierzonych już zawalisk. Nie są jeszcze dostępne żadne dokładne informacje, ani próbki z odwiertów z tych miejsc pochodzące z Księżyca, dlatego w przygotowaniu obliczeń nasz naukowiec 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.
Wnętrze ziemskiej jaskini lawowej na Wyspach Kanaryjskich. Zdjęcia oddają jak zmienna i nieregularna jest geometria wnętrza tych obiektów.
fot. L. de Graauw oraz L. Smets z Speleo Nederland.
W publikacji naukowcy zaproponowali tzw. podejście wsteczne. 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.
Naukowcy wykazali, że uwzględnienie zmiennych przekrojów jaskiń lawowych może skutkować znacznym zmniejszeniem ich stabilności. Ten wynik sugeruje, że zapadnięcie spowodowane grawitacją jest bardziej prawdopodobne, jeśli weźmie się pod uwagę zmiany w geometrii rur lawowych, a nie – jak wcześniej rozważano – ich kształty eliptyczne lub okrągłe.
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.
A ile jaskiń może być 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. Obecnie poznanych zawalisk jest ponad 200, ale nie wszystkie muszą być związane z jaskiniami lawowymi – wyjaśnia dr Chwała.
Przykładowy przekrój z wygenerowaną zmienną geometrią, która ma naśladować rzeczywiste charakterystyki tych obiektów oraz zawalisko stropu skalnego zidentyfikowane w drodze analiz numerycznych (wektory przedstawiają pole prędkości). Porównywanie otrzymanego rozmiaru zawaliska na powierzchni w stosunku do maksymalnej szerokości jaskini lawowej pozwoliło na oszacowanie prawdopodobnych rozmiarów pustek pod księżycowymi zawaliskami.
Pierwszy krok
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.
– Przejście do analiz trójwymiarowych jest konieczne, bo same zwaliska mają różne rozmiary, ale niestety wykonanie niezbędnych obliczeń jest w tym wypadku bardzo czasochłonne. Liczymy jednak, że po ich wykonaniu uda się wyciągnąć nowe wnioski i interesujące nas charakterystyki. Złożyłem już wniosek o grant na prowadzenie badań do Narodowego Centrum Nauki, a wyniki konkursu poznamy dopiero w czerwcu – zaznacza dr Chwała i zaprasza do kontaktu wszystkich studentów zainteresowanych udziałem w planowanych badaniach.
mic
