在科幻電影中，我們經(jīng)?？梢钥吹匠錆M現(xiàn)代工業(yè)質(zhì)感的月球基地,。比如下面這種：

不過月球基地真的長這樣嗎,？未必，以后的探月者可能會住在洞里,。

2022年底,，來自中國的研究團隊（重慶大學先進技術研究院院長、教育部深空探測聯(lián)合研究中心常務副主任謝更新團隊與北京空間機電研究所研究員果琳麗的聯(lián)合研究）提出了在月球“火山洞”建大型基地的想法,，引起了高度關注,。

月球的“火山洞”

月球的“火山洞”其實就是熔巖管,。熔巖管這個概念對大家來說可能有點陌生，但它的形成原理其實比較簡單,。

當火山噴出的排山倒海的巖漿在地表流動時，巖漿外表面由于散熱較快先冷卻形成一定厚度的外殼,，與此同時內(nèi)部的高溫巖漿卻在繼續(xù)流動,，形成了中空的管道,。在這個過程的持續(xù)作用下,，巖漿流動時不斷“金蟬脫殼”造就了一根長長的熔巖管,。

熔巖管并不是月球的特產(chǎn),，它在包括地球在內(nèi)的多個星球上都有發(fā)現(xiàn),。地球上最大的熔巖管洞穴是位于韓國濟州島的“萬丈窟”，它長度超過13千米,，高數(shù)十米,寬十余米,，是20萬至30萬年前火山爆發(fā)時形成的。我國黑龍江鏡泊湖火山巖區(qū)也發(fā)育有熔巖管,，東北抗日聯(lián)軍曾將此作為地下工事抗擊侵華日軍,。

因為月球的引力比地球更小,，巖漿在流動時更不容易坍落,，所以月球熔巖管的體積往往比地球的要大,。2009年,日本發(fā)射的月球環(huán)繞器發(fā)現(xiàn)了三個直徑和深度都為幾十米的洞穴，這些洞穴被認為是熔巖管道局部塌陷后形成的天窗,。

2011年,，印度的月船一號探測器探測了月溪，發(fā)現(xiàn)這里的熔巖管頂部寬度超過300米,；2017年，美國普渡大學Blair教授的數(shù)值模擬結果顯示5公里寬的月球熔巖管在一定條件下仍可以保持穩(wěn)定,；2020年,，意大利帕多瓦大學Riccardo Pozzobon教授表示月球熔巖管長度在一定條件下可以超出40公里。

假設一個巨大的月球熔巖管寬度能達到5公里,，長度能達到40公里,，則其底部面積可以達到驚人的200平方公里,，可以裝下6個澳門。

建基地,，為什么選了熔巖管,？

了解完熔巖管的概念之后,，第二個問題隨之而來,，為什么選擇在熔巖管里建立月球基地呢？請大家試想,，如果突然被送到了一個荒無人煙沒有房子的地方，大家會選擇去哪里過夜呢,？當年人類祖先選擇了能遮風擋雨的洞穴棲居，而在月球上,，一個熔巖管洞穴也能起到很好的保護作用,。我們來看它的五大作用。

1.環(huán)境相對恒溫

目前尚沒有月球熔巖管內(nèi)部溫度的實測資料,，但對于塌陷洞穴光照區(qū)和陰影區(qū)的溫度測量顯示了月面和洞穴內(nèi)部的溫度變化(如下圖),。圖中顯示月球表面溫度處于–170℃~110℃之間，溫差達到了280℃,；而沒有光照的內(nèi)部溫度處于–20℃~30℃之間，溫差只有50℃,。

按照這個溫度變化趨勢,，研究團隊通過計算表明,，當使月球基地內(nèi)部的溫度維持在人類能正常生產(chǎn)生活的20℃左右時,，建立在熔巖管內(nèi)的相關能量消耗只有在月球表面的1/5,。

對于塌陷洞穴光照區(qū)和陰影區(qū)的溫度測量圖源：參考文獻[2]

2.抵御宇宙射線

有科學家估計月球表面一天的太陽射線輻射量為2Sv,是人類所能承受極限的1000倍以上,，會嚴重威脅到基地工作人員的生命安全,。而巖溶管頂部的月壤能夠有效抵御太陽射線，研究表明,，6米厚的月壤就能將射線輻射劑量削弱到接近于零。熔巖管的埋深經(jīng)常達到數(shù)十米,，所以在抵御宇宙射線方面很有優(yōu)勢,。

3.避免太陽風的侵襲

太陽每時每刻都在向外拋射高速帶電粒子，主要是質(zhì)子和電子，這種現(xiàn)象被稱為太陽風,。當太陽風抵達月球后，會使背陽面的細小物質(zhì)形成帶負電的月塵并向帶正電的向陽面移動,。這種現(xiàn)象可能在日出和日落時大規(guī)模發(fā)生,，對人體和儀器都會產(chǎn)生非常不利的影響?！读骼说厍?》中,，人類好不容易帶上月球想用來點燃逐月衛(wèi)星發(fā)動機的550C計算機在經(jīng)歷太陽風后就徹底報廢了,。

而熔巖管內(nèi)部為永久陰影區(qū),不會有月塵受太陽風影響向這里襲來,。不僅如此,，熔巖管的天窗還是監(jiān)測月塵運移的好地方,。

4.防止隕石撞擊

隕石撞擊對月球基地的威脅很大,，有研究表明，宇航服和1厘米厚度的鋁板暴露在月球表面一年,被粒子擊穿的概率分別為8%和30%,，而熔巖管頂部的月壤和月巖可以把絕大多數(shù)隕石攔截于月表。

5.可能賦存水冰

雖然月表經(jīng)常呈現(xiàn)出的是一片荒原的景象,，但探測發(fā)現(xiàn)月球上是有水冰的,，可能是太陽風中氫離子和月球表面含氧物質(zhì)反應形成的，彗星撞擊帶入的或者是巖漿活動攜帶的,。

2023年,，科學家分析嫦娥5號收集的數(shù)據(jù)后在《nature geoscience》發(fā)表文章稱月球表面含水量可能高達2700億噸,。由于熔巖管內(nèi)為永久陰影區(qū)，溫度很低，而且地勢低洼,，有可能收集月球上的水冰,。而一旦真的能夠發(fā)現(xiàn)大量水冰,，將為月球基地的建設帶來極大的方便,，為人類在月球的生產(chǎn)生活提供充分保障。

科學家在月球卡比厄斯環(huán)形山發(fā)現(xiàn)了水冰（Cabeus,，左上方）圖源：維基百科

建造月球基地？先在地球溶洞做實驗

由于人類目前缺乏在月球熔巖管內(nèi)建設基地的條件和經(jīng)驗,，研究團隊獨辟蹊徑，提出用重慶喀斯特溶洞模擬月球熔巖管,，在里面開展實驗進行工程建設,。

雖然喀斯特溶洞和熔巖管的形成機理不太一樣,，前者一般是地下水侵蝕碳酸鹽巖形成的，可以理解為地下水在日復一日年復一年的努力下,，終于在巖體中溶解出了一個洞,；而后者如前所述,，是火熱巖漿在流動時外層冷卻形成的。但二者結構上形態(tài)很相似,，都是彎曲的半圓形洞穴,；環(huán)境上都具有相對恒定的溫度,；而且都是比較封閉的空間,。所以在喀斯特溶洞中進行實驗模擬是值得嘗試的,。

研究團隊準備從三個方面開展實驗。

第一,，考慮到把大量人力物力送到月球上不太現(xiàn)實,，能不能只送上去幾個機器人,，它們就能自動地利用月壤月巖建設月球基地，于是要開展智能建造技術和原位資源利用技術的實驗,。

第二,，考慮到月球上沒有空氣,，能不能在封閉的月球基地中引入合適的動物,、植物和微生物,，搭建一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),，讓人類在基地中能像在地球上一樣自由呼吸新鮮空氣,，所以也需要開展人工生態(tài)系統(tǒng)實驗,。

第三,，考慮到基地運行需要源源不斷的能量供應,，如果從地球往月球送那顯然成本過高，能不能充分發(fā)掘月球上的太陽能等能源,，所以還需要在溶洞內(nèi)嘗試建立一套能源自動控制系統(tǒng),。

科幻還是現(xiàn)實,？相信未來吧

不過設想雖然很美好,，但實際執(zhí)行中確實會碰到很多困難和挑戰(zhàn)。比如因為還沒有探測器進入過熔巖管內(nèi)部,，目前還缺乏里面具體詳細的資料數(shù)據(jù),；又比如大規(guī)模封閉生態(tài)系統(tǒng)實驗還沒有成功的案例，九十年代轟轟烈烈的“生物圈2號”實驗最終也以失敗告終,；再比如智能建造技術的發(fā)展也沒有那么成熟,，目前還無法自動建造大型復雜的工程體系,。

盡管還有許多關鍵技術有待突破，但人類一直在努力,，比如美國計劃2025年讓探測器進入月球熔巖管開展相關實驗,，世界各地對生態(tài)系統(tǒng)和智能建造的探索也在如火如荼地進行。

一旦熔巖管里的大型月球基地得以成功落地,，那就意味著大規(guī)模可持續(xù)的月球開發(fā)計劃將有可能持續(xù)進行：月球上豐富的資源有機會為人類所用,，地月旅行或許也能進入尋常百姓家,，月球也可以成為火星探測的大本營,。這對人類生存發(fā)展的意義至關重大,，我們可以選擇相信未來。