Od czasów starożytnych jaskinie przyciągały ludzi, ich ciemność jest pełna niebezpieczeństw, ale tajemnica w głębinach przyciąga zarówno Pithecanthropus, współczesnych naukowców, jak i turystów. Na Ziemi zbadano setki lądowych i podwodnych jaskiń, ale przed nimi pojawia się trudniejszy cel - jaskinie na innych planetach. Blogger i popularyzator kosmonautyki Witalij „Zielony Kot” Jegorow mówił o tym, co czeka przyszłych grotołazów kosmicznych.
Większość znanych jaskiń Ziemi powstała w wyniku erozji - niszczenia skał, zwykle pod wpływem wody i rozpuszczonych w niej związków chemicznych. Takie jaskinie nazywane są jaskiniami krasowymi. W regionach wulkanicznych powszechne są podziemne wnęki pochodzenia lawy - kopuły i rury. W przeciwieństwie do jaskiń krasowych, które powstają przez tysiące lub miliony lat, jaskinie wulkaniczne powstają dość szybko, w okresie erupcji i aktywnego wylewania lawy.
Jaskinie wulkaniczne
Rura lawowa to długi, naturalnie występujący tunel, czasem o długości do kilkudziesięciu kilometrów, z płaską podłogą i sklepionym sufitem. Rurka powstaje podczas erupcji raczej płynnej i lepkiej lawy bazaltowej. Rozprzestrzeniając się od źródła, strumień lawy zaczyna się ochładzać, a górna skorupa krzepnie jako pierwsza, pod którą przepływ trwa. W wyniku uwolnienia gazów wulkanicznych pomiędzy „dachem” a strumieniem tworzy się wnęka, która rozszerza się w miarę wysychania strumienia. Rezultatem jest prawdziwe „metro” nadające się do spacerów. Podwyższone ciśnienie gazów wulkanicznych prowadzi do wtórnego stopienia sklepień rury, dlatego czasami jest ona pokryta stalaktytami z lawy.
Wulkanizm jest również znany na innych planetach.
Zgodnie z szeregiem pośrednich znaków można przypuszczać, że wulkany Wenus nadal wybuchają, a dzięki panującemu tam upałowi ich lawa stygnie znacznie wolniej, co oznacza, że przepływy będą znacznie szersze. Zakłada się również, że ze względu na związki siarki temperatura topnienia lawy wenusjańskiej jest niższa niż na Ziemi, co dodatkowo przyczynia się do mobilności strumieni lawy.
Mars jest znany ze swoich gigantycznych wulkanów - jednak teraz wszystkie zasnęły, ale wcześniej udało im się zalać lawą bazaltową tysiące kilometrów kwadratowych powierzchni.
Film promocyjny:
Księżyc również w pewnym momencie doświadczył aktywnego okresu związanego zarówno z bombardowaniem asteroid, jak i wewnętrzną aktywnością tektoniczną. Ogromne przestrzenie Księżyca są zalewane przez strumienie lawy, które nazywamy morzami.
Naukowcy przypuszczali, że na Księżycu i planetach Układu Słonecznego powinny istnieć już w XIX wieku jaskinie lawowe, ale pierwsze odkrycia musiały poczekać do początku ery kosmonautyki.
Zawalone rury lawy na zboczach wulkanu Mount Pavlina na zdjęciu z satelity Mars Express.
Jaskinie Marsa
Zawalone rury wulkaniczne na zboczach marsjańskich wulkanów zostały odkryte przez automatyczną stację międzyplanetarną Viking w latach 70.
Trzydzieści lat później satelita Mars Odyssey przechwycił pierwsze zapadliska, które wskazywały, że wciąż istniejące jaskinie czekają na speleologów. Średnica ziejących zapadów sięga 250 metrów. Większość z nich została znaleziona na zboczach wulkanów tarczowych na Wyżynie Tarsis. Nowoczesny orbiter Mars Reconnaissance Orbiter, używając teleskopu HiRISE o wysokiej rozdzielczości, był w stanie zajrzeć do wnętrza Marsa jak najdalej od orbity.
Lej krasowy w jaskini lawowej na marsjańskim wulkanie Mount Askriyskaya. Zdjęcie satelitarne MRO.
Jaskinie marsjańskie przyciągają naukowców z kilku powodów. Ze względu na rzadką atmosferę cała powierzchnia planety jest naświetlana słonecznym światłem ultrafioletowym i bombardowana przez naładowane cząstki kosmiczne, więc istnienie życia mikrobiologicznego lub nawet złożonych związków organicznych w górnych warstwach gleby jest mało prawdopodobne. Pod ochroną sklepień jaskiń radykalnie zwiększają się szanse na ich zachowanie - nawet jeśli nie ma już tam życia, jego pozostałości będą leżeć znacznie dłużej. Jest również możliwe, że lód wodny i inne związki, które są bardziej lotne na otwartym terenie, zostaną znalezione w jaskiniach marsjańskich.
Najodważniejsi marzyciele sugerują, że marsjańskie jaskinie mogą stać się przystanią dla pierwszych ludzkich baz i osad - ochrona przed promieniowaniem i zaopatrzenie w wodę przydadzą się przyszłym kolonistom. Chociaż wiele czynników wskazuje, że wulkaniczne jaskinie Marsa nie są najlepszym miejscem do życia. Wszystkie położone są na wulkanicznych zboczach na wysokości kilku kilometrów nad równiną. Tymczasem lądowanie na dużych wysokościach jest trudne ze względu na zbyt cienką warstwę atmosfery. Atmosfera pomaga oszczędzać paliwo do hamowania podczas lądowania, więc najcięższy statek kosmiczny próbuje obniżyć się w najgłębszych miejscach Marsa. Dzięki tej samej atmosferze niziny są lepiej chronione przed promieniowaniem. Zbadano również złoża lodu wodnego na powierzchni, w tym w pobliżu najgłębszej depresji Marsa - doliny Hellas. W związku z tym,do czasu potwierdzenia obecności minerałów biogennych lub innych w jaskiniach marsjańskich zaleca się zbadanie ich za pomocą robotów.
Ważnym czynnikiem utrudniającym rozwój speleologii marsjańskiej są wymogi bezpieczeństwa planetarnego. Jeśli istnieje możliwość zachowania hipotetycznego marsjańskiego życia w jaskiniach, to badacz musi być w 100% bezpłodny, aby wykluczyć prawdopodobieństwo fantastycznego scenariusza „Kronik Marsa”, w którym jeden ziemski kichnięcie zabił wielką cywilizację. Dziś nie jest możliwe zapewnienie całkowitej sterylności statku kosmicznego na Ziemi, a nasze mikroby są w stanie wytrzymać warunki lotu kosmicznego. Dlatego Marsjanie nie starają się ich przypadkowo zniszczyć.
Księżycowe jaskinie
Ale doktryna bezpieczeństwa planetarnego nie przeszkadza w odwiedzaniu księżycowych jaskiń. Hollow Moon wielokrotnie stawał się sceną fantastycznych prac. Chociaż rzeczywistość jest daleka od fikcji, jest również zachęcająca dla romantyków. Istnienie księżycowych jaskiń zakładano przez długi czas, ale bezpośrednie potwierdzenie nastąpiło dopiero w 2009 roku. Po raz pierwszy japońska stacja robotów Kaguya odkryła niezwykłe kratery, które nie miały okrągłego wału ani śladów wyrzutu wewnętrznego. Ich średnica sięgała 100 metrów, a głębokość wydawała się tak znacząca, że boczne światło słoneczne po prostu nie docierało do dna. Amerykańska sonda Lunar Reconnaissance Orbiter była w stanie zbadać znacznie dokładniej zapady o różnych porach dnia, oszacować nie tylko głębokość dna i jego zawartość, ale także strukturę ścian bocznych, a nawet zajrzeć pod łuki.
Awaria w podksiężycowej jamie w Morzu Spokoju. Badanie satelitarne LRO.
Awaria w podksiężycowej jamie w Morzu Spokoju. Badanie satelitarne LRO.
Grupa naukowców z University of Arizona opracowała specjalny algorytm PitScan, który w trybie półautomatycznym szukał dziur w jaskiniach na powierzchni Księżyca i znalazł ich ponad dwieście. Można je podzielić na trzy grupy warunkowe:
- awarie kanałów lawy, które wygasły podczas erupcji wulkanów;
wnęki lawy utworzone przez stopiony materiał utworzony w dużych kraterach po upadku dużych asteroid;
- wnęki w morzach księżycowych.
Dziurę w rzekomym tunelu lawowym można było zobaczyć na wulkanicznych wyżynach Marius Hills, na równiku po zachodniej stronie widocznej strony księżyca. Z satelitów wyraźnie widać tam kanał lawy, rozciągający się od ujścia wulkanu na dziesiątki kilometrów. Około 25 kilometrów od krateru w zamarzniętym strumieniu widoczna jest dziura. Albo zrobił to meteoryt, albo „dach” sam się zawalił, ale teraz widać dziurę o szerokości 80 metrów i głębokości 45 metrów. Szerokość potoku w miejscu otworu sięga 800 metrów, a pod prądem dochodzi do jednego kilometra, więc może być gigantyczny tunel według ziemskich standardów.
Na Uniwersytecie Purdue przeprowadzono symulacje numeryczne, zgodnie z którymi siła lawy bazaltowej i niska grawitacja księżycowa pozwalają na zachowanie bez zniszczenia sklepień w tunelach o szerokości do kilometra na powierzchni oraz halach o szerokości do pięciu kilometrów na głębokości kilkuset metrów. Dane dotyczące pola grawitacyjnego Księżyca, uzyskane za pomocą sond GRAIL, pomogły porównać symulację z rzeczywistością. Naukowcy dokonali odczytów GRAIL nad możliwą jamą w Marius Hills i próbowali znaleźć podobne dane uzyskane gdzie indziej. W ten sposób można było znaleźć do dziesięciu „sygnatur” możliwych wnęk księżycowych, z których niektóre mają 100 kilometrów długości i kilka kilometrów szerokości. Większość z nich znajduje się pod morzami księżycowymi.
Rzeczywiście odkryto kilka dziur w morzach księżycowych, jednak nie pokrywają się one z tymi możliwymi pustkami, które zostały obliczone na podstawie odchyleń pola grawitacyjnego. Jednak jedna dziura w Morzu Spokoju, około 400 kilometrów na północny wschód od miejsca lądowania Apollo 11, jest największą i najgłębszą zbadaną przez satelitę. Otwór ma średnicę około 100 metrów i głębokość do 100 metrów. W pobliżu nie ma kanałów lawy ani kopuł wulkanicznych, które mogłyby wskazywać na obecność tunelu, ale można założyć taką obecność.
Ten otwór jest interesujący dla naukowców nie tylko ze względu na to, co może być ukryte na jego dnie, ale także ze względu na swoją warstwową strukturę, która jest widoczna na stromych ścianach otworu. Warstwy te sugerują naukowcom, że morze lawy powstało w wyniku wielu wycieków lawy, z których niektóre były dość cienkie, sięgające jednego metra.
Dziura w Morzu Spokoju pozostaje jednym z najbardziej odpowiednich miejsc do lądowania robotycznej sondy i eksploracji jaskini od wewnątrz. Jednak jak dotąd żadna agencja kosmiczna nie planuje rozwoju księżycowych robotów jaskiniowych. Astronauci Apollo 15, którzy badali zbocza kanionu Hadley Rill, który według jednej z hipotez był kiedyś rurą lawową, ale później całkowicie się zawalił, zbliżyli się do tajemnic księżycowych rur lawowych.
Dowódca załogi Apollo 15, David Scott, na tle doliny Hadley Rill. Zdjęcie pilota modułu księżycowego Jamesa Irwina.
Przyszłość speleologii międzyplanetarnej
W międzyczasie przygotowywana jest przyszła eksploracja jaskiń księżycowych i marsjańskich na Ziemi. Na naszej planecie dostępnych jest wiele jaskiń wulkanicznych do zwiedzania i zwiedzania, co pozwala na przedstawienie wszystkich zawiłości speleologii międzyplanetarnej. W Rosji na Kamczatce znane są rury i jaskinie lawowe. Jedna z rur lawowych o długości około 100 metrów jest dostępna w kalderze wulkanu Gorely. Ta jaskinia jest dość stara, pozostała po erupcji dwa tysiące lat temu. Dzięki temperaturze bliskiej zeru i masywnemu lodowcowi, który częściowo blokuje wejście, można w nim poczuć się jak marsjański odkrywca.
Jaskinia lawowa wulkanu Tolbachik, powstała w wyniku erupcji w latach 2012-2013.
Kilka jaskiń powstało podczas erupcji wulkanu Tolbachik w latach 2012–2013. Te jaskinie są bardziej malownicze, ze stropowymi stalaktytami z lawy pokrywającymi sufit, kapiącą solą na suficie i rosnącymi stalagmitami na podłodze. Wciąż pozostaje tu ciepło chłodzącej lawy, herbatę można jeszcze gotować na gorących pęknięciach, a niektóre odgałęzienia jaskiń są niedostępne dla zwiedzających z powodu wysokiej temperatury.
Pomimo oczywistego naukowego zainteresowania eksploracją obcych jaskiń, żadna agencja kosmiczna nie naruszyła jeszcze ich tajemnic. Techniczna realizacja takiego studium pozostaje poważną przeszkodą na tej drodze. Sonda będzie musiała zostać umieszczona dokładnie na dnie otworu lub wyposażona w sprzęt do wspinaczki do zejścia z pionowej ściany. Już samo to wystarczy, aby zatrzymać wszelki rozwój - zbyt duża złożoność, a tym samym ryzyko. Następnie musisz zapewnić zasilanie robotowi w ciemności jaskini, a co najważniejsze, kontrolować i utrzymywać komunikację bez bezpośredniej widoczności radiowej.
W eksploracji kosmosu preferowane są zawsze projekty o wysokiej niezawodności, obiecujące długoterminowe dostawy unikalnych danych, więc roboty jaskiniowe wciąż przegrywają z satelitami i teleskopami. Tylko kilka prywatnych zespołów uczestników konkursu Google Lunar XPRIZE ogłosiło, że ich rozwój pozwoli na badanie jaskiń księżycowych. Amerykański zespół astrobotyczny i japoński Hakuto wyznaczyły księżycowe jaskinie jako swoje cele, ale dopóki ich sondy pozostaną na Ziemi, będą musieli przejść tylko 500 metrów po Księżycu, aby odnieść zwycięstwo. Biorąc pod uwagę rzadkość księżycowych jaskiń i trudność w dokładnym lądowaniu, jest mało prawdopodobne, aby zespoły mogły za pierwszym razem dotrzeć do księżycowych jam.