月球貧瘠而荒涼，但月球洞穴可以為惡劣的環境提供一些庇護所

在月球上建立永久定居點的夢想：一個來自各行各業的人類可以聚集在一起併產生新的文化和身份的地方。一個可以進行重要科學研究和實驗的地方，可以建立月球工業，人們可以進行一些冒險旅遊。一個多世紀以來，它一直是科幻小說和思辨文學的素材。但在未來幾年，它很可能成為現實。

這帶來了許多挑戰，但也帶來了創造性解決方案的機會。多年來，天文學家一直推測，建造月球殖民地的理想地點是地下，特別是在從月球表面可見和可到達的坑、洞穴和穩定的熔岩管內。根據CU Boulder 的新研究，初步結果表明，與地表條件相比，這些坑非常穩定。

該研究由加州大學博爾德分校天體物理和行星科學系的研究生 Andrew Wilcoski 領導，他在新奧爾良舉行的2021 年美國地球物理聯盟（AGU）秋季會議上介紹了該小組的初步發現。本次演講題為月球坑和洞穴的熱環境和揮發性捕集潛力，提供了新的 3D 熱模型來表徵月球坑和洞穴內的溫度環境，最終目標是評估月球坑和洞穴內一系列揮發性物種的穩定性。這些坑。

感謝 NASA 的月球勘測軌道飛行器（LRO）、雙重力恢復和內部實驗室（GRAIL）衛星以及 JAXA 的SELenological 和工程探索者（SELENE）等任務。Kaguya軌道飛行器科學家們瞭解到，月球表面有許多凹坑和洞穴。在許多情況下，這些由穩定的熔岩管組成，這些熔岩管在數十億年前月球仍處於火山活動狀態時形成。

在許多情況下，這些管子在一個或多個部分坍塌，從表面到內部形成孔洞。這些站點被認為具有用於未來研究任務的巨大潛力，因為它們將提供對月球火山和撞擊歷史的深入瞭解。NASA、ESA、Roscosmos 和中國國家航天局（CNSA）的任務規劃人員也在研究它們作為未來人類探索的可能地點。

這些坑洞可以為未來的人類探索提供資源，其中最重要的是揮發性元素。在適當的丰度下，這種冰可以被收穫並用於為宇航員提供一切，從飲用水、淋浴，甚至火箭燃料。此外，這些坑可能是提供庇護所的理想選擇，可以保護宇航員免受惡劣的表面條件的影響，即極端溫度、微隕石轟擊和月球表面的輻射。

如果我們希望在未來幾十年內將人們送入這些洞穴，我們想知道他們在那裡應該期待什麼，威爾科斯基在最近的 CU Boulder Today新聞稿中說。為了更多地瞭解它們的適用性，Wilcoski 和行星科學家 Paul Hayne進行了一系列計算機模擬，以重現如下所示的條件月球表面。

他們的初步發現表明，月球凹坑和洞穴擁有穩定的溫度條件，這將有助於宇航員度過月球的一些最極端的天氣。然而，這些相同的條件會使它們不太適合尋找豐富的水冰供應。事實上，該團隊的大多數模擬洞穴在整個農曆日的溫度都在 -120 至 70°C（-184 至 94°F）之間。

海恩和其他科學家之前的研究表明，數十億年來，隱藏的水冰寶庫可能已經在某些月球冷阱中積累起來。但是，基於這些新的模擬，許多月球坑和洞穴可能太熱而無法容納類似的寶藏。具有諷刺意味的是，這個問題類似於月球表面的情況，由於極端的溫度波動，水冰無法長期存在。

威爾科斯基說：當你靠近赤道時，地表白天的溫度可能會超過 100 攝氏度，而到了晚上會降至零下 170 攝氏度。

因此，大多數任務規劃者目前正在尋找有火山口的極地地區，尋找建造棲息地的潛在地點。這些永久陰影區域的火山口底部充當冷匯，保持持續的冰點溫度——因此在那裡觀察到了大量的水冰供應。同樣，尋找可能有冰的坑洞和洞穴的關鍵取決於地理位置和方向。

中低緯度的礦坑溫度太高而無法捕獲揮發物，而高緯度的礦坑可能具有合適的幾何形狀和溫度，使水冰隨著時間的推移保持穩定。此外，模擬表明方向也發揮了重要作用。例如，如果一個洞穴的嘴直接指向冉冉升起的太陽，它會在白天經歷灼熱的溫度，然後在晚上下降到寒冷的低點。

根據海恩的說法，這一切的另一個積極意義是，沒有人知道月球表面可能有多少坑洞。根據基於 LRO 資料的研究（Wagner 和 Robinson，2014 年），直徑在 5 米（~5 碼）和 900 米（~984 碼）之間的可能有 200 多個。最後，這項最新研究強調了對月球坑熱環境知識的需求，併為可能的月球棲息地提供了一些令人興奮的可能性。

它們是在月球上建立長期人類存在的有吸引力的選擇。一種有趣的可能性是在一個含有水冰的極地隕石坑附近的月球坑或洞穴內建立一個受保護的基站。然後宇航員可以在條件合適的時候冒險出去收集富含冰的土壤。

正如他們在演講中指出的那樣，他們的熱模擬的下一次迭代將包括一個統計耦合蒙特卡羅彈道‘跳躍’模型，該模型將評估水在這些坑中可以保留多長時間的蒸汽壓力。彈道模型將使科學家能夠測量坑的幾何形狀和緯度在捕獲不同型別的揮發性元素方面的作用，並預測可能存在於月球坑內的濃縮揮發物的成分。