Lavaröhren sicher genug für Mondbasis

Von Paul Rincon, übersetzt von Deep Roots. Das Original Lava tubes safe enough for Moon base erschien am 19. März 2015 auf BBC News.

Diese Lavaröhre befindet sich auf Hawaii, aber solche Gebilde könnten auf dem Mond noch größer sein.

Diese Lavaröhre befindet sich auf Hawaii, aber solche Gebilde könnten auf dem Mond noch größer sein.

Natürliche Tunnel, genannt Lavaröhren, könnten dauerhafte Basen auf dem Mond sicher beherbergen, haben Wissenschaftler gesagt.

Die vulkanischen Untergrundstrukturen sind bereits zuvor als ideale Stätten für menschliche Siedlungen vorgeschlagen worden. Wissenschaftler haben nun bewertet, wie stabil diese Gebilde sein könnten, und fanden heraus, daß Röhren im Ausmaß von 1 km und größer strukturell solide wären. Sie könnten vor den Herausforderungen der lunaren Umwelt schützen.

Details der Arbeit wurden bei der 46. Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) in Texas präsentiert.

Im Unterschied zur Erde fehlt dem Mond eine dichte Atmosphäre und ein Magnetfeld zum Schutz vor kosmischer Strahlung. Das Fehlen eines atmosphärischen Puffers bedeutet auch, daß die Oberfläche des Mondes häufigere Meteoriteneinschläge und größere Temperaturextreme erfährt. Zum Beispiel kann die Oberflächentemperatur des Mondes im Laufe eines lunaren Tages um mehrere hundert Grad Celsius variieren.

Höhleneingänge wie dieser im Mare Tranquilitatis könnten sich in Lavaröhren öffnen.

Höhleneingänge wie dieser im Mare Tranquilitatis könnten sich in Lavaröhren öffnen.

Aber die Unterbringung von Stützpunkten im Untergrund, innerhalb von Lavaröhren, könnte eine Abschirmung gegen diese Risiken bieten.

Man erwartet, daß die lunaren Tunnel wegen der niedrigeren Schwerkraft des Mondes größer sind als diejenigen, die bereits auf unserem Planeten entdeckt wurden. Niemand hat bisher definitiv ein Beispiel auf dem Mond entdeckt, aber Raumfahrzeuge haben „Skylights“ genannte Eingänge entdeckt, die sich in Lavaröhren öffnen könnten.

Unter Nutzung existierender Daten haben David Blair und Kollegen von der Purdue University in West Lafayette Computermodellierungen zur Bestimmung der Stabilität lunarer Lavaröhren mit unterschiedlichen Weiten, Dachformen und Dachdicken eingesetzt.

„Es ist die erste moderne Neubewertung dessen, wie stabil diese sein können“, sagte er BBC News. Er fand heraus, daß Tunnel mit Breiten von 1 km und größer unter der Mondoberfläche bestehen bleiben könnten.

Lunare Lavaröhren sollten bis zu einer Breite von 5 km stabil sein.

Lunare Lavaröhren sollten bis zu einer Breite von 5 km stabil sein.

Auf seinem Poster bei der Tagung präsentierte er ein Diagramm, das seine Heimatstadt Philadelphia in einer Lavaröhre mit einer Breite von 5 km – die man–als das ungefähre theoretische Maximum für Stabilität befand – zeigte.

Man denkt, daß sich die Untergrundstrukturen während basaltischer Lavaströme in der Geschichte des Mondes gebildet haben. Wenn die obere Schicht des Lavaflusses abkühlt und erhärtet, kann geschmolzenes Gestein darunter weiterhin fließen. Sobald dieses abfließt, kann es einen Hohlraum zurücklassen.

Lange, sich windende Gebilde auf dem Mond, die Sinusrillen genannt werden, werden von manchen für von selbst eingestürzte Lavaröhren gehalten. Jedoch ist diese Interpretation unter Wissenschaftlern umstritten.

Trotzdem suchen Forscher weiterhin in Daten von Raumfahrzeugen nach klaren Beweisen für ihre Existenz.

*    *    *    *    *    *   *

Anm. d. Ü.: Siehe auch dieses Video über die oben beschriebenen Untersuchungen zu den lunaren Lavaröhren:

 

Bildanhang des Übersetzers:

Kleinere Lavaröhre auf der Erde.

Kleinere Lavaröhre auf der Erde.

Aktive hawaiianische Lavaröhre.

Aktive hawaiianische Lavaröhre.

Nochmal das bereits weiter oben abgebildete „Skylight“ im Mare Tranquilitatis auf dem Mond, mit Größenmaßstab (Norden ist oben).

Nochmal das bereits weiter oben abgebildete „Skylight“ im Mare Tranquilitatis auf dem Mond, mit Größenmaßstab (Norden ist oben).

„Skylight“ im Mare Ingenii auf dem Mond, 130 Meter Durchmesser

„Skylight“ im Mare Ingenii auf dem Mond, 130 Meter Durchmesser

Bilder der NASA-Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter; jedes Bild zeigt eine Bodenfläche, die in der Natur 222 x 222 m mißt. Von solchen Löchern sind auf dem Mond bisher Hunderte entdeckt worden, von 5 m bis 900 m Durchmesser.

Bilder der NASA-Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter; jedes Bild zeigt eine Bodenfläche, die in der Natur 222 x 222 m mißt. Von solchen Löchern sind auf dem Mond bisher Hunderte entdeckt worden, von 5 m bis 900 m Durchmesser.

„Skylight“ auf dem Mars, ca. 180 m Durchmesser

„Skylight“ auf dem Mars, ca. 180 m Durchmesser

Mars, Arsia Mons: Höhleneingang

Mars, Arsia Mons: Höhleneingang

Übersetzung des englischen Texts zu diesem Bild auf Wikipedia:

Es ist spekuliert worden, daß dunkle Gruben auf einigen der Marsvulkane Eingänge in Höhlen sind. Ein vorheriges HiRISE-Bild, das praktisch gerade hinunterschaute, sah in dieser Grube nur Dunkelheit. Diesmal wurde das Bild von Westen aufgenommen. Nachdem das Bild um 2:30 Uhr örtlicher (Mars-) Zeit aufgenommen wurde, schien auch die Sonne von Westen. Wir können nun sehen, wie die Ostwand der Grube das Sonnenlicht einfängt.

Dies bestätigt, daß diese Grube im Grunde ein senkrechter Schacht ist, der durch die Lavaflüsse an der Flanke dieses Vulkans schneidet. Solche Gruben entstehen auf ähnlichen Vulkanen auf Hawaii und werden „Grubenkrater“ genannt. Sie haben im Allgemeinen keine Verbindung zu langen offenen Höhlen, sind aber das Ergebnis von Einstürzen tief im Untergrund. Aus dem Schatten, den der Rand auf die Wand der Grube wirft, können wir errechnen, daß die Grube mindestens 178 Meter tief ist. Die Grube hat einen Querschnitt von 150 x 157 Meter.

Mars: Dieses Loch wurde im Jahr 2010 in der Region Pavonis Mons entdeckt; es wird auf eine Weite von 190 x 160 m und eine Tiefe von mindestens 115 m geschätzt.

Mars: Dieses Loch wurde im Jahr 2010 in der Region Pavonis Mons entdeckt; es wird auf eine Weite von 190 x 160 m und eine Tiefe von mindestens 115 m geschätzt.

Siehe auch:

Kaguya entdeckt Lavaröhre auf dem Mond von Ryan Anderson

Sehr clever! Lunar Reconnaissance Orbiter sieht riesiges Lavaröhren-Skylight im Mare Ingenii von Nancy Atkinson

Lavaröhre (Wikipedia)

Lava tube (Wikipedia englisch)

Lunar lava tubes (Wikipedia)

Martian lava tubes (Wikipedia)

Planetary Base Shields von Winchell Chung auf „Atomic Rockets“ (dort bin ich überhaupt erst auf dieses Thema aufmerksam geworden)

Lunar Pits Could Shelter Astronauts, Reveal Details of How ‚Man in the Moon‘ Formed von Bill Steigerwald

There could be lava tubes on the moon, large enough for whole cities von Matt Williams

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2 Antworten zu Lavaröhren sicher genug für Mondbasis

  1. Deep Roots schreibt:

    Diese Übersetzung habe ich als Hintergrund-Informationshappen für eine meiner geplanten SF-Geschichten aus meiner Zukunftsserie erstellt, ein Vorhaben, das ich nach wie vor nicht aufgegeben habe. Die am Schluß verlinkten Beiträge möchte ich ebenfalls nach und nach übersetzen.

    Ein paar Überlegungen zu diesen Lavaröhren:

    Das Loch im Mare Ingenii habe ich mir jetzt aus dem Bild des Lunar Reconnaissance Orbiter herausgemessen: Wenn diese quadratischen Teilbilder je 222 x 222 m Bodenfläche zeigen, dann muß die eigentliche Öffnung im Mare Ingenii ca. 110 m lang und 73 m breit sein. Die Angabe „130 m“ bezieht sich wohl auf das Gesamtmaß einschließlich der Böschungen um das eigentliche Loch herum.

    Ich halte es für naheliegend, daß diese Löcher, falls sie tatsächlich Einsturzöffnungen in Lavatunnels sind, nur im Bereich der geringsten Deckendicke entstehen; daß also die Tunnel darunter einen noch deutlich größeren Durchmesser haben. Wenn es also unter den bisher entdeckten derartigen Löchern welche mit bis zu 900 Meter Durchmesser gibt, dann erscheinen Tunneldurchmesser im Bereich von bis zu mehreren Kilometern tatsächlich plausibel. Und ich denke auch, daß im Falle eines Einschlags des verursachenden Meteoriten deutlich neben der Tunnelmitte eher längliche Löcher entstehen müßten, weil die Einbruchweite auf der Tunnelwandseite wegen der dorthin immer dicker werdenden Decke geringer ausfallen würde als in Tunnellängsrichtung oder zur Tunnelmitte hin. Ein Beispiel dafür könnte das Loch im Mare Ingenii sein, und daß es tatsächlich Einsturzöffnungen sind, darauf deuten die Schutthaufen mit darauf liegenden größeren Felsbrocken am Grund all dieser Öffnungen hin.

    Bei dem Loch von Arsia Mons auf dem Mars habe ich den Eindruck, daß die tiefe Schwärze, die den Großteil davon einnimmt, nicht der Schatten auf der Schachtwand ist. Dieser zeichnet sich rechts davon als Halbdunkel auf dem Gestein ab, oberhalb dessen sich der sonnenbeschienene Teil der Schachtwand anschließt, welche knapp unter der Oberfläche noch in eine scheinbar auskragende Abbruchzone übergeht. Für mich sieht das so aus, als wäre die Grenze zwischen dem halbdunklen Schatten und der tiefen Schwärze die Unterkante der Schachtwand, der untere Rand eines Deckenloches, unterhalb dessen eine viel größere Höhlung liegt, in die bei dem gegebenen Sonneneinstrahlungswinkel kein direktes Licht fällt. Nachdem das Loch selbst bereits einen Durchmesser von ca. 150 m hat, könnte die darunterliegende Höhle (die auch ein Lavatunnel sein könnte) einen Durchmesser von mehreren hundert Metern haben.

    Das 180 m große Loch auf dem Mars scheint durch windverfrachtetes Material (vorherrschende Windrichtung anscheinend von links oben nach rechts unten) bereits von rechts unten her teilweise aufgefüllt worden zu sein; über diese Böschung könnten gelandete Marsforscher vielleicht einmal mit der erforderlichen Ausrüstung hinunterklettern.

  2. Deep Roots schreibt:

    Heute ist mir eine Idee gekommen, was in lunaren Lavatunnels zu finden sein könnte:

    Eis!

    Wie man inzwischen weiß, gibt es an ewig schattigen Stellen auf dem Mond – sowohl in den Polregionen als auch an geeigneten Stellen wie tiefen Kratern außerhalb der Polgebiete – Eisvorkommen. Diese könnten sowohl aus der Verdampfung eishaltiger Einschlagkörper als auch aus Ausgasungen aus dem Mondinneren stammen und in solchen „Eisfallen“ ausgefroren sein.

    Auch Lavatunnels sind solche ewig schattigen, extrem kalten Stellen auf dem Mond, wo Wasserdampf aus den vorgenannten Quellen sich über lange Zeiträume ungestört als Eis angesammelt haben könnte.

    Ich zitiere hierzu nachfolgend einen Abschnitt aus dem Artikel „Die Wasserspeicher des Mondes“ in bild der wissenschaft 12/2013 von Thorsten Dambeck:

    Viele tiefe Krater in den lunaren Polgebieten sind den Planetologen schon lange verdächtig, denn in ihr Inneres kann das Licht der flach stehenden Sonne nicht vordringen. Extrem tiefe Temperaturen sind die Folge: fast minus 240 Grad Celsius. Für solche Temperaturen muss man ansonsten bis zum Rand des Sonnensystems reisen. In der enormen Kälte könnten Eisvorkommen Milliarden Jahre überdauern. Doch wie könnte Wasser dorthin gelangt sein?

    „Wie die Erde wurde auch der Mond einst von wasserhaltigen Himmelskörpern getroffen“, erklärt Planetengeologe Jaumann. Das können sowohl Kometen als auch Planetoiden gewesen sein. Auf der von der Sonne erhitzten Mondoberfläche verdampften die Wassermoleküle schnell, gefroren aber wieder, als sie sich an schattigen Stellen der Oberfläche niederschlugen. Sobald die ersten wärmenden Sonnenstrahlen diese Plätze erreichten, verdampfte das Eis erneut. Dieses ständige Hin und Her ließ die Wassermoleküle gleichsam über die Mondoberfläche hüpfen. Jaumann erklärt: „Wenn die Moleküle in der Polregion auf die ewig dunklen Krater trafen, wurden sie dort quasi eingefangen. Aus diesen Kältefallen gab es kein Entrinnen.“ Zwar klingt dieses Szenario einleuchtend, doch die Details müssen noch weiter untersucht werden, räumt der DLR-Forscher ein.

    Eisfallen außerhalb der Pole

    Möglicherweise sind die Eisfallen andernorts sogar noch effektiver. Denn die Rekordkälte an den ewig umnachteten Polkratern könnte aktuellen Berechnungen von US-Forschern zufolge zu extrem sein, um größere Mengen Eis in der Tiefe speichern zu können. Demnach wären die Wassermoleküle zu kalt, also zu wenig mobil, um tief in den Boden zu gelangen. Doch ewige Dunkelheit herrscht auch außerhalb der Polgebiete – ein neuer Aspekt bei diesem Thema.

    Wie kürzlich Andrew McGovern von der Johns Hopkins University im US-Bundesstaat Maryland im Fachmagazin Icarus berichtete, gibt es auch näher am Äquator, ab 58 Grad nördlicher oder südlicher Breite, weite Gebiete, wo die Mondnacht endlos ist. Die Forscher hatten die Daten des US-Satelliten Lunar Reconnaisance Orbiter ausgewertet – insbesondere von einem Instrument, das mit Laser-Reflexen die Topografie der Mondoberfläche abtastet. Für die Analyse verwendeten sie dabei Methoden, die sonst für dreidimensionale Computergrafiken benutzt werden.

    Gebiete ewiger Dunkelheit

    Das Ergebnis überrascht: Die Gebiete ewiger Dunkelheit überdecken insgesamt über 40.000 Quadratkilometer – mehr als das Doppelte der Fläche des Freistaats Sachsen. [Anm. v. Deep Roots: und fast die Hälfte der Staatsfläche Österreichs.] Die Temperaturen dort sind relativ „mild“: jüngsten Messungen zufolge betragen sie zwischen minus 150 und minus 200 Grad. Und die Geländeformen sind vielfältig: die sonnenabgewandten Wälle großer Krater, kleine Krater am Boden tiefer Einschlagskrater sowie Zentralberge in großen Kratern. Ein Beispiel ist der 145 Kilometer große Krater Pythagoras am nordwestlichen Rand der Vorderseite, der etwa auf dem 63. Breitengrad liegt. In seinem Zentrum erhebt sich ein Bergmassiv, das bis zu drei Kilometer in den schwarzen Mondhimmel aufragt. Teile der Berghänge sind ewig umnachtet. Viele solche Gebiete in gemäßigteren Breiten dürften für künftige Raumsonden leichter zugänglich sein als die Mondpole, wo die extreme Kälte jedes technische Gerät an seine Grenze bringt.

    Eishaltiger Staub

    Woher stammt das Wasser in den oberflächennahen Schichten unseres Trabanten? Es könnte durchaus mehrere Quellen geben. Neben Einschlägen von Kometen oder Meteoriten nennt Arlin Crotts von der Columbia University interne Quellen. Der Astrophysiker weist auf die nur mäßige Übereinstimmung zwischen dauerhaft dunklen Stellen und den Messungen des LEND-Instruments hin. Selbst in einigen sonnenbeschienenen Gebieten wurde der Neutronendetektor fündig. Wasser könnte demnach auch in Form wasserhaltiger Minerale oder durch Ausgasungen an die Oberfläche dringen. Vielleicht rieselt auch eishaltiger Staub aus dem Sonnensystem oder aus dem interstellaren Raum auf den Mond.

    Eine weitere Quelle, die Crotts für wahrscheinlich hält, ist die Sonne, genauer: der Sonnenwind. Er besteht hauptsächlich aus positiven Wasserstoff-Ionen. Sie dringen ständig in den Mondboden ein und könnten sich dort mit Sauerstoff chemisch zu H2O verbinden.

    Interessanterweise hat man auch auf dem Merkur Hinweise auf Eisvorkommen aus solchen Quellen an ewig schattigen Stellen gefunden, vor allem in Kratern der Nordpolregion, wo an es solchen Stellen minus 170 Grad Celsius kalt ist und Eis langfristig stabil bleiben kann. Und wenn es auf dem Mond und dem Mars Lavatunnel gibt, die wegen der geringeren Schwerkraft viel größer sein können als auf der Erde, dann gibt es ziemlich sicher auch auf dem Merkur welche. Und dort wären sie als Unterschlupf vor der intensiven Sonnenstrahlung dieser Glutwelt für zukünftige Forscher und deren Stützpunkte noch wertvoller als auf Mond oder Mars. Von geschützten Unterkünften in Lavahöhlen könnten während des Merkurtags ferngesteuerte Rover über die Oberfläche fahren, während die Astronauten selbst während der Merkurnacht die Oberfläche erkunden, vielleicht im Schein des Zodiakallichts, das von der untergegangenen oder noch nicht aufgegangenen Sonne viel heller über den Merkurhorizont ragt, als es auf der Erde sichtbar ist. Die Ablösung der Stützpunktbesatzungen per Raumschiff kann ebenfalls während der Merkurnacht erfolgen.

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