在科幻電影中,，我們經(jīng)常可以看到充滿現(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(huì)住在洞里。

2022年底,，來自中國的研究團(tuán)隊(duì)（重慶大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院院長、教育部深空探測聯(lián)合研究中心常務(wù)副主任謝更新團(tuán)隊(duì)與北京空間機(jī)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(guān)注,。

月球的“火山洞”

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

當(dāng)火山噴出的排山倒海的巖漿在地表流動(dòng)時(shí)，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(shí)內(nèi)部的高溫巖漿卻在繼續(xù)流動(dòng),，形成了中空的管道,。在這個(gè)過程的持續(xù)作用下，巖漿流動(dòng)時(shí)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(gè)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(jì)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(shí)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?yàn)樵虑虻囊Ρ鹊厍蚋?，巖漿在流動(dòng)時(shí)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(gè)直徑和深度都為幾十米的洞穴,，這些洞穴被認(rèn)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(hào)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(xué)Blair教授的數(shù)值模擬結(jié)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(xué)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(shè)一個(gè)巨大的月球熔巖管寬度能達(dá)到5公里,，長度能達(dá)到40公里，則其底部面積可以達(dá)到驚人的200平方公里,，可以裝下6個(gè)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(gè)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(gè)荒無人煙沒有房子的地方,，大家會(huì)選擇去哪里過夜呢？當(dāng)年人類祖先選擇了能遮風(fēng)擋雨的洞穴棲居,，而在月球上,，一個(gè)熔巖管洞穴也能起到很好的保護(hù)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(shí)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(dá)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(gè)溫度變化趨勢，研究團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算表明,，當(dāng)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(shí),，建立在熔巖管內(nèi)的相關(guān)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(xiàn)[2]

2.抵御宇宙射線

有科學(xué)家估計(jì)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(huì)嚴(yán)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(dá)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(fēng)的侵襲

太陽每時(shí)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(fēng),。當(dāng)太陽風(fēng)抵達(dá)月球后,，會(huì)使背陽面的細(xì)小物質(zhì)形成帶負(fù)電的月塵并向帶正電的向陽面移動(dòng)。這種現(xiàn)象可能在日出和日落時(shí)大規(guī)模發(fā)生,，對人體和儀器都會(huì)產(chǎn)生非常不利的影響,。《流浪地球2》中,，人類好不容易帶上月球想用來點(diǎn)燃逐月衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)的550C計(jì)算機(jī)在經(jīng)歷太陽風(fēng)后就徹底報(bào)廢了,。

而熔巖管內(nèi)部為永久陰影區(qū),不會(huì)有月塵受太陽風(fēng)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(yùn)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(fēng)中氫離子和月球表面含氧物質(zhì)反應(yīng)形成的,，彗星撞擊帶入的或者是巖漿活動(dòng)攜帶的。

2023年,，科學(xué)家分析嫦娥5號(hào)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(dá)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(shè)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(xué)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(shí)驗(yàn)

由于人類目前缺乏在月球熔巖管內(nèi)建設(shè)基地的條件和經(jīng)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行工程建設(shè)。

雖然喀斯特溶洞和熔巖管的形成機(jī)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(fù)一日年復(fù)一年的努力下，終于在巖體中溶解出了一個(gè)洞,；而后者如前所述,，是火熱巖漿在流動(dòng)時(shí)外層冷卻形成的。但二者結(jié)構(gòu)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M是值得嘗試的,。

研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備從三個(gè)方面開展實(shí)驗(yàn)。

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

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(dòng)物,、植物和微生物,，搭建一個(gè)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(shí)驗(yàn),。

第三，考慮到基地運(yùn)行需要源源不斷的能量供應(yīng),，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(dòng)控制系統(tǒng),。

科幻還是現(xiàn)實(shí),？相信未來吧

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

盡管還有許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破，但人類一直在努力,，比如美國計(jì)劃2025年讓探測器進(jìn)入月球熔巖管開展相關(guān)實(shí)驗(yàn),，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(jìn)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)?？沙掷m(xù)的月球開發(fā)計(jì)劃將有可能持續(xù)進(jìn)行：月球上豐富的資源有機(jī)會(huì)為人類所用，地月旅行或許也能進(jìn)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(guān)重大，我們可以選擇相信未來,。