A Hold ősi vulkáni aktivitásának emlékét őrző lávabarlangokban amerikai kutatók vizsgálatai szerint igen kellemes és időben egyenletes hőmérsékleti viszonyok várják majd a jövő űrhajósait, robot járműveit, barlangi holdbázisok lakóit, illetve a raktározott anyagokat, felszereléseket.

A holdkutatás 2007-ben nagy intenzitással új szakaszába lépett, amikor a Japán Űrügynöksége (JAXA) Kaguya (más elnevezéssel SELENE) űrszondája holdkörüli pályáról elkezdte égi kísérőnk új műszerekkel történő részletes vizsgálatát. A japán holdszonda 2009-ben készített felvételein addig ismeretlen, néhányszor tíz méter átmérőjű felszíni lyukakat fedezett fel. Ilyen kis átmérőjű holdi alakzatokat földi távcsövekkel nem lehetett felfedezni, ezért fontos mérföldkő volt a japán holdszonda felfedezése égi kísérőnk múltjának, ősi vulkánosságának megismerésében. A felfedezett lyukak legtöbbje a Hold ősrégi felszíni, illetve felszín alatti lávafolyásainak, lávacsatornáinak helyenként történt beszakadásai, “tetőablakai”, vagyis a Holdon a világűrbe szabadon ki lehet tekinteni, illetve a barlang aljára időnként a Nap be is süthet.

A japán, majd később kínai (CNSA Chang’e-sorozat), indiai (ISRO Chandrayaan) és NASA (pl. LRO) holdszondák felvételein egyre több ilyen, beszakadt lávacsatornához tartozó tetőlyukat azonosítottak a Holdon. Eddig mintegy 200 holdi lyukat, vagyis nem becsapódási krátert találtak a felvételeken és ezek közül legalább 16 bizonyult lávacsatorna beszakadásának. Vannak olyan lyukak is, amelyek vagy nem folytatódnak lávacsatornában, illetve a felvételek nem mutatják jól, hogy van-e ott lávacsatorna, de ősi lávafolyások nyomaihoz kapcsolódnak.

Az alábbi képen a Mare Tranquillitatis (Nyugalom Tengere) jellegzetes lávacsatorna “tetőablakát” láthatjuk a NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) LROC NAC (kislátószögű) kamerája által 2010-ben készített nagyfelbontású felvételen.

Beszakadt ősi lávacsatorna feletti lyuk. A kép vízszintes oldalának hossza mintegy 400 méter, a felszíni lyuk mintegy 88 méter ármérőjű és az aljzata kb. 100 méter mélyen van a felszín alatt. A méretskála (100 méter) a kép bal alsó sarkában van, a holdrajzi észak fent (NASA LRO LROC NAC kamera, NASA/GSFC/ASU).

Lávacsatornák beszakadásai a Föld vulkanikus vidékein is megtalálhatók, mint például a Hawaii-szigeteken is. Az alábbi kép egy földi lávabarlangot mutat a Hawaii-szigetekről. Persze a Holdon – egyelőre – még nincs belső világítással ellátott lávacsatorna, de ez csak idő kérdése, ugyanis a holdi lávabarlangok védelmet nyújtanak a jövő űrhajósainak, holdbázisoknak, járműveknek és raktáraknak a galaktikus kozmikus sugárzás, napkitörések hatásai, meteorok, valamint a Hold felszínén a szélsőséges hőingadozások hatásai ellen.

Példa egy földi lávabarlangra a Hawaii Nagy Szigeten: Thruston Lava Tube (lávacsatorna, lávabarlang) Hawaii Volcanoes National Park (UCLA Newsroom, 2022.07.26., Frank Schulengerg, Creative Commons, l. még P. Mouginis-Mark, LPI, Lunar and Planetary Institute).

A holdi barlangok felfedezését követően felmerült, hogy a földi barlangokéhoz hasonlóan a holdi barlangok belsejében is kiegyenlített hőmérsékleti viszonyok lehetnek, azaz az egész barlang területén időben állandó a hőmérséklet vagy legalábbis csak kicsit ingadozik és nem annyira szélsőségeses változik, mint fent a felszínan. Mivel a Holdnak nincs légköre, ami mérsékelhetné a hőingadozást, ezért a a felszíni hőmérséklet +127 °C nappali maximum és -173 °C éjszakai (vagy árnyékos területi) minimum értékek között változik. Azonban eddig nem tudtuk, hogy ez így van-e, illetve milyen hőmérsékleti határok között ingadozik a holdi barlangok hőmérséklete.

A holdi lávabarlangok “tetőablakai” alatti felszín megvilágításai, illetve a barlangok egészének hőmérséklet eloszlásáról ás annak időbeli változásáról most amerikai kutatók fontos eredményt tettek közzé a NASA LRO Diviner elnevezésű, hősugárzást mérő műszer hőtérképei alapján. A kutatást Tyler Horvath, a University of California Los Angeles (UCLA) Bolygó- és Űrtudományi tanszék hallgatójának vezetésével Paul O. Hayne és David A. Paige, a Coloradoi Egyetem Asztrofizikai és Űrtudományi tanszékének neves kutatói végezték. Az LRO Diviner hőtérképei a lyukak belsejében és a felszínen más hőmérséklet értékeket mutattak: a lyukakban a barlang alján magasabb a hőmérséklet, majd a barlangokban a lyuktól távolodva ennél hidegebb, de egyenletes a hőmérséklet. Az alábbi ábra a Mare Tranquillitatis és Földről nem látható oldalon levő Mare Ingenii területén található lyukak aljzata körüli 250 méter/képelem felbontású hőtérképét mutatja. Egyébként ez a két terület a Hold egyenlítőjéhez közel található, tehát holdi nappal és éjszaka váltakozik rajtuk, vagyis a Nap általi megvilágítottság periodikusan változik ezeken a területeken és a felszíni lyukak megvilágítottságában és így a lyukak aljzatának hőmérsékleti viszonyaira is hatással van a megvilágítás változása. A képeken az LRO LROC NAC kamerájával s látható fénytartományban készült képek mutatják a lyukak alakját.

A Hold Mare Tranquillitaqtis (jobbra) és Mare Ingenii területén levő (jobbra) lyukak hőtérképe a NASA LRO Diviner műszere mérései alapján: a lyukak belsejében az aljzaton a világos sárga szín a legmagasabb hőmérsékletnek felel meg, míg a holdfelszín környezete ennél jóval hidegebb (T. Horvath és munkatársai, 2022).

A Holdnak gyakorlatilag nincs légköre, ezért a felszín hőmérsékletét a megvilágítási viszonyok határozzák meg, valamint a felszín anyaga, annak hőtani tulajdonságai. A barlangok aljzatának és falainak hőmérsékleti modelljének elkészítéséhez a kutatók a holdi barlangok belsejére két anyagot tételeztek fel: csak holdi kőzetet (holdi vulkáni bazaltot), illetve csak holdport (holdi regolitot). Ezeknek az anyagoknak különbözőek a hőtani tulajdonságai (pl. fajhő, hővezetés) és valóban, a modellszámítások azt mutatták, hogy különbség van a hőmérséklet eloszlásában, ha csak kőzetet, illetve ha csak regolitot tételezünk fel a barlang anyagának. Eltérés mutatkozott abban is, ha kiterjedt, például hosszú barlangot vagy pedig csak egy kis kiterjedésű, a felszíni lyuk átmérőjének csak néhányszorosáig kiterjedő struktúrát tételeztek fel a modellezésben. A kapott eredményeket az alábbi ábra mutatja be.

A holdi lávabarlangok hőmérsékleteloszlása hosszú, kiterjedt alagutakra: a) és b) ábrák fent, illetve kis méretű barlangokra: c) és d) ábrák, mindkét esetben csak kőzet, illetve csak regolitot feltételezve. A vízszintes skála a lyuk középpontjától mért távolságot jelenti méterben. A jobb oldalon a hőmérsékleti skála színezése látható (T. Horváth és munkatársai, 2022).

A regolit borítás esetén a lyukak aljzatán a nappali hőmérséklet meghaladhatja a 420 K-t (+147 °C), míg a barlangok belsejében időben is és a barlang hosszában is közel állandó 290 K (+17 °C) uralkodik, ami igen kellemesnek mondható. A holdi lávabarlangok hőmérséklete legfeljebb csak 1 °C-t ingadozik egy teljes holdi nap, azaz egy szinodikus hónap (29,5 földi nap) alatt.

Fontos lenne a jövőben a lávabarlangok anyagának hőtani tulajdonságait is vizsgálni, mert a hőmodellek eredményei ezektől alapvetően függenek, így a most közzétett amerikai modellek is csak első közelítésnek tekinthetők, de mindenképp előremutató és biztató eredmények a holdkutatás jövőjét illetően.

A kutatásban résztvevő neves bolygókutató, David Paige megjegyezte, hogy az ember a barlangokban élt az őskorban és majd ismét visszatér a barlangokba, amikor a Holdon fog élni (legalábbis a Holdon tevékenykedő űrhajósok).

Itt érdemes megjegyezni, hogy a Marson is vannak felszíni lyukak, lávabarlang “tetőablakok”, továbbá a Mars légköre igen ritka, így feltehetően a holdi lávabarlangokhoz hasonlóan egyenletes és viszonylag kellemes hőmérsékletet biztosíthatnak a jövő marsexpedíciói számára, de a részletes hőmodelleket még ki kell dolgozni a marsi barlangokra is.

Források:

NASA Goddard (2022.07.26.)UCLA Newsroom (2022.07.36.)GRL 49(14), 2022 szakcikk (AGU, 2022.07.08.)