Лавовые колодцы на Луне: комнатная температура круглый год и место для лунной базы

Опираясь на данные Lunar Reconnaissance Orbiter и компьютерное моделирование, учёные обнаружили на Луне, в кратерах-колодцах, локации, в которых постоянно поддерживается комфортная для человека температура — около 17 градусов. В то же время колебания между дневной и ночной температурой на поверхности Луны составляют от +127 до −173 градусов. Такие колодцы с устойчивой температурой и лавовые пещеры, к которым они ведут, могут оказаться пригодными для размещения лунных баз.

Кратеры-колодцы впервые обнаружили на Луне в 2009 году по данным орбитального зонда SELENE японского космического агентства (JAXA). С тех пор астрономы задавались вопросом, ведут ли они дальше в подземные пещеры — крупные пустоты вулканического происхождения, которые можно в будущем использовать для обустройства базы. Такие пещеры должны также частично защищать от космических лучей, излучения Солнца и микрометеоритов. Сейчас предполагается, что примерно 16 из 200 известных колодцев представляют собой лавовые трубки. Ракурс съёмки двух из самых известных колодцев в списке позволяет утверждать, что эти колодцы, скорее всего, действительно выходят в крупные пустоты, ещё для одного колодца такой продолжение достаточно вероятное. Такие объекты находятся на участках Луны, выглядящих темнее, то есть на формах рельефа, названных «моря» и «океаны» — это как раз области, заполненные базальтовой лавой. В наших примерах это Море Спокойствия и Океан Бурь. Вероятно, на обратной стороне Луны таких интересных объектов может быть больше.

Лавовые трубки встречаются и на Земле. Обычно причина их формирования — потоки расплавленной лавы, протекавшие под твёрдой поверхностью — коркой из затвердевших ранее лавовых слоёв, или других горных пород. При этом лавовая река оставляет после себя длинный пустой туннель под землёй. Если потолок такого туннеля в каком-то месте рушится, то возникает колодец, по которому с поверхности можно добраться до основного туннеля. Подобную структуру имеют и карстовые пещеры, в которые можно провалиться через карстовую воронку или колодец, только механизм образования пустот здесь другой — выщелачивание известняковых пород подземными водами.

Найти лавовые колодцы с температурами, сильно отличающимися от температуры на поверхности, позволила обработка данных термальной камеры Diviner орбитальной станции LRO. Планетологов заинтересовали несколько удачно расположенных объектов; один из них — практически цилиндрическая депрессия в грунте с ровными вертикальными стенками и размерами порядка 100 метров в диаметре и в глубину. Она находится в регионе Луны под названием Море Спокойствия (Mare Tranquilitatis) — первой локации, в которой в 1969 году человек высадился на Луну. Для ряда кратеров имеются снимки, сделанные LRO в разные моменты лунных суток, что позволяет отследить изменение микроклимата в яме. Разрешение термальной камеры LRO достаточно мало — на один пиксель приходится порядка 250 метров лунной поверхности, а это как раз сопоставимо с размерами лавовых кратеров. Поэтому просто измерить температуру в ямах, пролетая над ними несколько раз, не получится. Кроме прямых данных с орбитальной станции, необходимо использовать математическое моделирование для анализа термических свойств пород и лунной пыли и для восстановления хода температуры на дне ямы в зависимости от времени. Подробнее о результатах этой работы можно прочитать в статье от июля 2022 года в Geophysical Research Letters.

Часть области в колодце находится в постоянной тени из-за его геометрии. Именно эти участки на протяжении лунных суток имеют среднюю температуру 17 °C, и, что важно, изменяют температуру всего в пределах одного градуса. Это тем более удивительно, учитывая, что день и ночь на Луне продолжаются примерно по 15 земных суток. В дневное время поверхность постоянно находится под воздействием солнечного света, прогреваясь до 400 K (127 °C), a ночью охлаждается до 100 K (−173 °C) — разброс температур составляет 300 градусов. На Земле максимальный разброс (разница температур в самой горячей и самой холодной точке) около 140 градусов — от −88 до +56 градусов (по разным данным эти цифры могут различаться, но не кардинально). Даже на Марсе разница между максимальной и минимальной температурой примерно такая же — 150 градусов, возможно, из-за наличия некоторой атмосферы. Комнатная температура круглый год ожидаемо будет устойчивой и в пещерах, куда могут выводить эти кратеры-колодцы.