Seit der Antike haben Höhlen Menschen angezogen, ihre Dunkelheit ist voller Gefahren, aber das Geheimnis in den Tiefen zieht Pithecanthropus, moderne Wissenschaftler und Touristen an. Hunderte von Land- und Unterwasserhöhlen wurden auf der Erde untersucht, aber ein schwierigeres Ziel steht bevor - Höhlen auf anderen Planeten. Der Blogger und Popularisierer der Kosmonautik Vitaly "Green Cat" Yegorov sprach darüber, was zukünftige Weltraumhöhlenforscher erwartet.
Die meisten bekannten Höhlen der Erde entstanden durch Erosion - die Zerstörung von Gesteinen, normalerweise unter dem Einfluss von Wasser und darin gelösten chemischen Verbindungen. Solche Höhlen werden Karsthöhlen genannt. In vulkanischen Regionen sind unterirdische Hohlräume aus Lava häufig - Kuppeln und Rohre. Im Gegensatz zu Karsthöhlen, deren Entstehung Tausende oder Millionen von Jahren dauert, bilden sich Vulkanhöhlen während einer Zeit des Ausbruchs und des aktiven Ausgießens von Lava ziemlich schnell.
Vulkanhöhlen
Eine Lavaröhre ist ein langer, natürlich vorkommender Tunnel, der manchmal bis zu zehn Kilometer lang ist und einen flachen Boden und eine Gewölbedecke hat. Die Röhre entsteht beim Ausbruch von eher flüssiger und viskoser Basaltlava. Von der Quelle aus beginnt sich der Lavastrom abzukühlen und die obere Kruste verfestigt sich zuerst, unter der der Fluss fortgesetzt wird. Durch die Freisetzung vulkanischer Gase zwischen dem "Dach" und dem Strom entsteht ein Hohlraum, der sich beim Austrocknen des Stroms ausdehnt. Das Ergebnis ist eine echte "U-Bahn", die zum Wandern geeignet ist. Der erhöhte Druck vulkanischer Gase führt zum sekundären Schmelzen der Rohrgewölbe, so dass es manchmal mit Lavastalaktiten bedeckt ist.
Vulkanismus ist auch auf anderen Planeten bekannt.
Nach einer Reihe indirekter Anzeichen kann davon ausgegangen werden, dass die Vulkane der Venus immer noch ausbrechen und ihre Lava aufgrund der dortigen Hitze viel langsamer abkühlt, was bedeutet, dass die Flüsse viel breiter werden. Es wird auch angenommen, dass aufgrund von Schwefelverbindungen der Schmelzpunkt der venusianischen Lava niedriger ist als der der Erde, und dies trägt weiter zur Mobilität der Lavaströme bei.
Der Mars ist bekannt für seine riesigen Vulkane - jetzt sind sie alle eingeschlafen, aber vorher haben sie es geschafft, Tausende von Quadratkilometern der Oberfläche mit Basaltlava zu überfluten.
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Auch der Mond erlebte zu einer Zeit eine aktive Periode, die sowohl mit Asteroidenbeschuss als auch mit innerer tektonischer Aktivität verbunden war. Die weiten Weiten des Mondes sind mit Lavaströmen überflutet, die wir Meere nennen.
Wissenschaftler vermuteten, dass es im 19. Jahrhundert Lavahöhlen auf dem Mond und den Planeten des Sonnensystems geben sollte, aber die ersten Entdeckungen mussten bis zum Beginn der Ära der Kosmonautik warten.
Zusammengebrochene Lavaröhren an den Hängen des Mount Peacock-Vulkans im Bild des Mars Express-Satelliten.
Höhlen des Mars
Eingeklappte Vulkanrohre an den Hängen der Marsvulkane wurden in den 1970er Jahren von der automatischen interplanetaren Station Viking entdeckt.
Dreißig Jahre später eroberte der Satellit Mars Odyssey die ersten Dolinen, die auf noch vorhandene Höhlen hinwiesen, die auf ihre Höhlenforscher warteten. Der Durchmesser der klaffenden Einbrüche erreicht 250 Meter. Die meisten von ihnen wurden an den Hängen von Schildvulkanen im Tarsis-Hochland gefunden. Der moderne Mars Reconnaissance Orbiter konnte mit einem hochauflösenden HiRISE-Teleskop so weit wie möglich vom Orbit in den Darm des Mars blicken.
Ein Dolinenloch in einer Lavahöhle auf dem Marsvulkan Mount Askriyskaya. MRO-Satellitenbild.
Marshöhlen ziehen aus mehreren Gründen Wissenschaftler an. Aufgrund der dünnen Atmosphäre wird die gesamte Oberfläche des Planeten von ultraviolettem Sonnenlicht bestrahlt und von kosmisch geladenen Teilchen bombardiert, so dass das Vorhandensein von mikrobiellem Leben oder sogar komplexen organischen Verbindungen in den oberen Schichten des Bodens unwahrscheinlich ist. Unter dem Schutz von Höhlengewölben steigen die Chancen ihrer Erhaltung dramatisch - auch wenn das Leben selbst dort nicht mehr gefunden wird, werden seine Überreste viel länger liegen. Es ist auch möglich, dass Wassereis und andere Verbindungen, die in offenen Gebieten flüchtiger sind, in den Marshöhlen gefunden werden.
Die mutigsten Träumer schlagen vor, dass die Marshöhlen ein Zufluchtsort für die ersten menschlichen Stützpunkte und Siedlungen werden können - der Schutz vor Strahlung und Wasserversorgung wird für zukünftige Kolonisten nützlich sein. Obwohl eine Reihe von Faktoren darauf hinweisen, dass die Vulkanhöhlen des Mars nicht der am besten geeignete Ort zum Leben sind. Alle von ihnen befinden sich an vulkanischen Hängen in einer Höhe von mehreren Kilometern über der Ebene. In der Zwischenzeit ist die Landung in Höhenregionen aufgrund der zu dünnen Schicht der Atmosphäre schwierig. Die Atmosphäre hilft, Kraftstoff für das Bremsen während der Landung zu sparen, so dass die schwersten Raumschiffe versuchen, an den tiefsten Stellen auf dem Mars zu sinken. Dank der gleichen Atmosphäre ist das Tiefland besser vor Strahlung geschützt. Es wurden auch Ablagerungen von Wassereis auf der Oberfläche untersucht, unter anderem in der Nähe der tiefsten Depression des Mars - dem Tal von Hellas. Deshalb,Bis das Vorhandensein von biogenen oder anderen Mineralien in den Marshöhlen bestätigt ist, ist es ratsam, diese mit Robotermitteln zu untersuchen.
Ein wichtiger Faktor, der die Entwicklung der Mars-Speläologie behindert, sind die Anforderungen an die Sicherheit der Planeten. Wenn es eine Möglichkeit gibt, das hypothetische Leben der Marsmenschen in Höhlen zu erhalten, muss der Forscher zu 100 Prozent steril sein, um die Wahrscheinlichkeit des fantastischen Szenarios der "Marschroniken" auszuschließen, in dem ein Erdniesen eine große Zivilisation tötete. Heutzutage ist es nicht möglich, die vollständige Sterilität des Raumfahrzeugs auf der Erde sicherzustellen, und unsere Mikroben sind in der Lage, den Bedingungen der Raumfahrt standzuhalten. Deshalb versuchen die Marsianer nicht, sie versehentlich zu zerstören.
Mondhöhlen
Die Doktrin der planetaren Sicherheit beeinträchtigt jedoch nicht den Besuch der Mondhöhlen. Der hohle Mond ist immer wieder zum Schauplatz fantastischer Werke geworden. Obwohl die Realität weit von Fiktion entfernt ist, ist sie auch für Romantiker ermutigend. Die Existenz von Mondhöhlen wurde lange Zeit angenommen, eine direkte Bestätigung erfolgte jedoch erst 2009. Zum ersten Mal entdeckte die japanische Roboterstation Kaguya ungewöhnliche Krater, die keinen kreisförmigen Schacht und keine Anzeichen eines Ausstoßes von innen hatten. Ihr Durchmesser erreichte 100 Meter und die Tiefe schien so bedeutend, dass das seitliche Sonnenlicht einfach nicht den Boden erreichte. Die amerikanische Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter war in der Lage, die Einbrüche zu verschiedenen Tageszeiten genauer zu untersuchen, nicht nur die Tiefe des Bodens und seines Inhalts, sondern auch die Struktur der Seitenwände abzuschätzen und sogar unter die Bögen zu schauen.
Versagen in die sublunäre Höhle im Meer der Ruhe. LRO-Satellitenvermessung.
Versagen in die sublunäre Höhle im Meer der Ruhe. LRO-Satellitenvermessung.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität von Arizona hat einen speziellen Algorithmus PitScan entwickelt, der in einem halbautomatischen Modus nach Löchern in Höhlen auf der Mondoberfläche suchte und mehr als zweihundert davon fand. Sie können in drei bedingte Gruppen unterteilt werden:
- Versagen von Lavakanälen, die bei Vulkanausbrüchen ausflossen;
Lavahöhlen, die durch die Schmelze gebildet werden, die sich in großen Kratern durch den Fall großer Asteroiden gebildet hat;
- Hohlräume in der Mondsee.
Ein Loch in der angeblichen Lavaröhre war im vulkanischen Hochland von Marius Hills am Äquator im Westen der sichtbaren Seite des Mondes zu sehen. Von den Satelliten aus ist ein Lavastromkanal deutlich zu erkennen, der sich über mehrere zehn Kilometer vom Vulkanschlot erstreckt. Etwa 25 Kilometer vom Krater entfernt ist im gefrorenen Bach ein Loch sichtbar. Entweder hat es ein Meteorit geschafft, oder das "Dach" ist von selbst zusammengebrochen, aber jetzt können Sie ein Loch sehen, das 80 Meter breit und 45 Meter tief ist. Die Breite des Baches an der Stelle des Lochs erreicht 800 Meter und stromaufwärts bis zu einem Kilometer, so dass es nach irdischen Maßstäben einen riesigen Tunnel geben kann.
An der Purdue University wurden numerische Simulationen durchgeführt, nach denen die Stärke der Basaltlava und die geringe Mondgravitation es ermöglichen, Gewölbe in Tunneln mit einer Breite von bis zu einem Kilometer an der Oberfläche und Hallen mit einer Breite von bis zu fünf Kilometern in einer Tiefe von mehreren hundert Metern ohne Zerstörung zu erhalten. Die mit den GRAIL-Sonden erhaltenen Daten zum Gravitationsfeld des Mondes halfen, die Simulation mit der Realität zu vergleichen. Wissenschaftler nahmen GRAIL-Messungen über einen möglichen Hohlraum in den Marius Hills vor und versuchten, ähnliche Daten zu finden, die an anderer Stelle erhalten wurden. So konnten bis zu zehn "Signaturen" möglicher Mondhöhlen gefunden werden, von denen einige 100 Kilometer lang und mehrere Kilometer breit sind. Die meisten von ihnen sind unter der Mondsee zu finden.
Es wurden zwar mehrere Löcher in der Mondsee entdeckt, sie stimmen jedoch nicht mit den möglichen Hohlräumen überein, die aus den Abweichungen des Gravitationsfeldes berechnet wurden. Ein Loch im Meer der Ruhe, etwa 400 Kilometer nordöstlich des Landeplatzes Apollo 11, ist jedoch das größte und am tiefsten per Satellit vermessene. Das Loch hat einen Durchmesser von ca. 100 Metern und eine Tiefe von bis zu 100 Metern. Es gibt keine Lavakanäle oder Vulkankuppeln in der Nähe, die auf das Vorhandensein eines Tunnels hinweisen könnten, aber ein solches Vorhandensein kann immer noch angenommen werden.
Dieses Loch ist für Wissenschaftler nicht nur wegen dessen, was an seinem Boden verborgen sein kann, interessant, sondern auch wegen seiner Schichtstruktur, die an den steilen Wänden des Lochs sichtbar ist. Diese Schichten legen Wissenschaftlern nahe, dass das Lavameer durch mehrere Lavaverschmutzungen entstanden ist, von denen einige bis zu einem Meter ziemlich dünn waren.
Das Loch im Meer der Ruhe bleibt einer der am besten geeigneten Orte, an denen eine Robotersonde landen und die Höhle von innen erkunden kann. Bisher plant jedoch keine einzige Weltraumbehörde die Entwicklung von Mondhöhlenrobotern. Apollo 15-Astronauten, die die Hänge des Hadley Rill Canyon erkundeten, der nach einer Hypothese einst eine Lavaröhre war, aber anschließend vollständig zusammenbrach, kamen den Geheimnissen der Mondlava-Röhren am nächsten.
Apollo 15 Crew Commander David Scott vor dem Hintergrund des Hadley Rill Valley. Foto des Mondmodulpiloten James Irwin.
Die Zukunft der interplanetaren Speläologie
In der Zwischenzeit wird die zukünftige Erforschung von Mond- und Marshöhlen auf der Erde vorbereitet. Auf unserem Planeten stehen viele vulkanische Höhlen zum Erkunden und Besuchen zur Verfügung, die es ermöglichen, alle Komplexitäten der interplanetaren Speläologie darzustellen. In Russland sind in Kamtschatka Lavaröhren und Höhlen bekannt. Eine der etwa 100 Meter langen Lavaröhren befindet sich in der Caldera des Vulkans Gorely. Diese Höhle ist ziemlich alt und wurde nach einem Ausbruch vor zweitausend Jahren verlassen. Darin können Sie sich dank der Temperatur nahe Null und eines massiven Gletschers, der den Eingang teilweise blockiert, wie ein Marsforscher fühlen.
Lavahöhle des Tolbachik-Vulkans, gebildet durch den Ausbruch von 2012-2013.
Während des Ausbruchs des Tolbachik-Vulkans in den Jahren 2012–2013 wurden mehrere Höhlen gebildet. Diese Höhlen sind malerischer, mit scharfen Lavastalaktiten an der Decke, Salztropfen an der Decke und wachsenden Stalagmiten auf dem Boden. Die Hitze der kühlenden Lava bleibt hier immer noch, Tee kann immer noch auf heißen Rissen gekocht werden und einige Zweige der Höhlen sind aufgrund der hohen Temperatur für Besucher unzugänglich.
Trotz des offensichtlichen wissenschaftlichen Interesses an der Erforschung außerirdischer Höhlen hat noch keine Raumfahrtbehörde ihre Geheimnisse verletzt. Die technische Durchführung einer solchen Studie bleibt ein ernstes Hindernis auf diesem Weg. Die Sonde muss entweder genau am Boden des Lochs gepflanzt werden oder mit Kletterausrüstung zum Abstieg über eine vertikale Wand ausgestattet sein. Dies allein reicht aus, um die gesamte Entwicklung zu stoppen - die Komplexität ist zu hoch und damit das Risiko. Als nächstes müssen Sie den Roboter in der Dunkelheit der Höhle mit Strom versorgen und vor allem die Kommunikation ohne direkte Funksichtbarkeit steuern und aufrechterhalten.
Bei der Erforschung des Weltraums werden immer Projekte mit hoher Zuverlässigkeit bevorzugt, die eine langfristige Versorgung mit einzigartigen Daten versprechen, sodass Höhlenroboter immer noch die Konkurrenz zu Satelliten und Teleskopen verlieren. Nur wenige private Teams von Teilnehmern des Google Lunar XPRIZE-Wettbewerbs gaben bekannt, dass ihre Entwicklungen die Untersuchung von Mondhöhlen ermöglichen werden. Das amerikanische Astrobotic-Team und das japanische Hakuto haben Mondhöhlen als Ziele festgelegt, aber solange ihre Sonden auf der Erde und auf dem Mond bleiben, müssen sie nur 500 Meter laufen, um den Sieg zu verdienen. Angesichts der Seltenheit der Mondhöhlen und der Schwierigkeit einer genauen Landung ist es unwahrscheinlich, dass Teams die Mondhöhlen zum ersten Mal erreichen können.
