Sinds de oudheid hebben grotten mensen aangetrokken, hun duisternis is vol gevaren, maar het geheim in de diepte trekt zowel Pithecanthropus, moderne wetenschappers als toeristen aan. Honderden land- en onderwatergrotten zijn op aarde verkend, maar een moeilijker doel doemt op: grotten op andere planeten. Blogger en popularisator van kosmonautiek Vitaly "Green Cat" Yegorov sprak over wat toekomstige ruimtevaarders te wachten staat.
De meeste van de bekende grotten van de aarde zijn gevormd als gevolg van erosie - de vernietiging van rotsen, meestal onder invloed van water en daarin opgeloste chemische verbindingen. Dergelijke grotten worden karstgrotten genoemd. In vulkanische streken komen ondergrondse holtes van lava-oorsprong veel voor - koepels en pijpen. In tegenstelling tot karstgrotten, die duizenden of miljoenen jaren nodig hebben om zich te vormen, vormen vulkanische grotten zich vrij snel tijdens een periode van uitbarsting en actieve uitstorting van lava.
Vulkanische grotten
Een lavabuis is een lange, natuurlijk voorkomende tunnel, soms wel tientallen kilometers lang, met een vlakke vloer en een gewelfd plafond. De buis wordt gevormd tijdens de uitbarsting van nogal vloeibare en stroperige basaltlava. Verspreidt zich vanaf de bron, de lavastroom begint af te koelen en de bovenste korst stolt eerst, waaronder de stroom doorgaat. Door het vrijkomen van vulkanische gassen tussen het "dak" en de stroom, wordt een holte gevormd, die uitzet als de stroom opdroogt. Het resultaat is een echte "metro" geschikt om te wandelen. De verhoogde druk van vulkanische gassen leidt tot het secundair smelten van de gewelven van de pijp, dus soms is deze bedekt met lavastalactieten.
Vulkanisme is ook bekend op andere planeten.
Volgens een aantal indirecte signalen kan worden aangenomen dat de vulkanen van Venus nog steeds aan het uitbarsten zijn en dat hun lava door de hitte daar veel langzamer afkoelt, wat betekent dat de stromen veel groter zullen zijn. Er wordt ook aangenomen dat, als gevolg van zwavelverbindingen, de smelttemperatuur van Venusiaanse lava lager is dan die van de aarde, en dit draagt verder bij aan de mobiliteit van lavastromen.
Mars staat bekend om zijn gigantische vulkanen - maar nu vielen ze allemaal in slaap, maar daarvoor slaagden ze erin duizenden vierkante kilometers van het oppervlak te overspoelen met basaltlava.
Promotie video:
De maan kende ooit ook een actieve periode die verband hield met zowel asteroïdenbombardementen als interne tektonische activiteit. De enorme uitgestrekte maan wordt overspoeld met lavastromen, die we zeeën noemen.
Wetenschappers vermoedden dat er al in de 19e eeuw lavagrotten op de maan en de planeten van het zonnestelsel zouden moeten zijn, maar de eerste ontdekkingen moesten wachten tot het begin van het kosmonautische tijdperk.
Ineengestorte lavabuizen op de hellingen van de vulkaan Pavlina in de afbeelding van de Mars Express-satelliet.
Grotten van Mars
Ineengestorte vulkanische pijpen op de hellingen van Martiaanse vulkanen werden ontdekt door het automatische interplanetaire station Viking in de jaren zeventig.
Dertig jaar later veroverde de Mars Odyssey-satelliet de eerste sinkholes, wat aangaf dat er nog steeds bestaande grotten wachtten op hun speleologen. De diameter van de gapende dalen bereikt 250 meter. De meesten van hen werden gevonden op de hellingen van schildvulkanen in de Tarsis Highlands. De moderne Mars Reconnaissance Orbiter kon met behulp van een HiRISE-telescoop met hoge resolutie in de ingewanden van Mars kijken, zo ver mogelijk van de baan.
Een zinkgat in een lavagrot op de Martiaanse vulkaan Mount Askriyskaya. MRO-satellietbeeld.
Marsgrotten trekken wetenschappers om verschillende redenen aan. Vanwege de dunne atmosfeer wordt het hele oppervlak van de planeet bestraald door ultraviolet licht van de zon en gebombardeerd door kosmisch geladen deeltjes, dus het bestaan van microbieel leven of zelfs complexe organische verbindingen in de bovenste lagen van de bodem is onwaarschijnlijk. Onder de bescherming van grotgewelven neemt de kans op behoud ervan dramatisch toe - zelfs als het leven zelf daar niet meer wordt gevonden, zullen de overblijfselen veel langer blijven liggen. Het is ook mogelijk dat waterijs en andere verbindingen die vluchtiger zijn in open terrein, in de grotten van Mars worden gevonden.
De meest gedurfde dromers suggereren dat de grotten van Mars een toevluchtsoord kunnen worden voor de eerste menselijke bases en nederzettingen - bescherming tegen straling en watervoorziening zullen van pas komen voor toekomstige kolonisten. Hoewel een aantal factoren erop wijzen dat de vulkanische grotten van Mars niet de meest geschikte plek zijn om te wonen. Ze bevinden zich allemaal op vulkanische hellingen op een hoogte van enkele kilometers boven de vlakte. Ondertussen is landen op grote hoogte moeilijk vanwege de te dunne laag van de atmosfeer. De atmosfeer helpt brandstof te besparen voor het remmen tijdens de landing, dus het zwaarste ruimtevaartuig probeert naar de diepste plaatsen op Mars te zakken. Dankzij dezelfde atmosfeer zijn laaglanden beter beschermd tegen straling. En de afzettingen van waterijs op het oppervlak zijn ook bestudeerd, ook in de buurt van de diepste depressie van Mars - de vallei van Hellas. DaaromTotdat de aanwezigheid van biogene of andere mineralen in de Marsgrotten is bevestigd, is het raadzaam om ze met robotachtige middelen te verkennen.
Een belangrijke factor die de ontwikkeling van Mars-speleologie belemmert, zijn de vereisten van planetaire veiligheid. Als er een mogelijkheid bestaat om het hypothetische leven van Mars in grotten te behouden, dan moet de onderzoeker 100 procent onvruchtbaar zijn om de waarschijnlijkheid van het fantastische scenario van de "Martian Chronicles" uit te sluiten, waarin een aardse niesbui een grote beschaving doodde. Tegenwoordig is het niet mogelijk om de volledige steriliteit van het ruimtevaartuig op aarde te garanderen, en onze microben zijn bestand tegen de omstandigheden van ruimtevluchten. Daarom kijken de marsmannetjes niet om ze niet per ongeluk te vernietigen.
Maan grotten
Maar de leer van planetaire veiligheid staat een bezoek aan de maangrotten niet in de weg. The Hollow Moon is herhaaldelijk het toneel geworden van fantastische werken. Hoewel de realiteit verre van fictie is, is het ook bemoedigend voor romantici. Het bestaan van maangrotten werd lang aangenomen, maar directe bevestiging kwam pas in 2009. Voor het eerst ontdekte het Japanse robotstation Kaguya ongebruikelijke kraters die geen ronde schacht hadden en geen tekenen van uitworp van binnenuit. Hun diameter bereikte 100 meter en de diepte leek zo groot dat lateraal zonlicht de bodem gewoon niet bereikte. De Amerikaanse sonde Lunar Reconnaissance Orbiter was in staat om de dalingen op verschillende tijdstippen van de dag veel gedetailleerder te onderzoeken, niet alleen de diepte van de bodem en zijn inhoud te schatten, maar ook de structuur van de zijwanden en zelfs onder de bogen te kijken.
Falen in de ondermaanse holte in de Sea of Tranquility. LRO-satellietonderzoek.
Falen in de ondermaanse holte in de Sea of Tranquility. LRO-satellietonderzoek.
Een groep wetenschappers van de Universiteit van Arizona heeft een speciaal PitScan-algoritme ontwikkeld, dat in een halfautomatische modus naar gaten in grotten op het maanoppervlak zocht en er meer dan tweehonderd vond. Ze kunnen worden onderverdeeld in drie voorwaardelijke groepen:
- storingen in lavakanalen, die uitstroomden tijdens vulkaanuitbarstingen;
lavaholten gevormd door de smelt gevormd in grote kraters door de val van grote asteroïden;
- holtes in de maanzeeën.
Een gat in de vermeende lavabuis was te zien op de vulkanische hooglanden van Marius Hills, op de evenaar in het westen van de zichtbare kant van de maan. Vanaf de satellieten is een lavastroomkanaal duidelijk zichtbaar, dat zich tientallen kilometers uitstrekt vanaf de opening van de vulkaan. Ongeveer 25 kilometer van de krater is een gat zichtbaar in de bevroren beek. Ofwel een meteoriet heeft het gehaald, ofwel het "dak" stortte vanzelf in, maar nu zie je een gat van 80 meter breed en 45 meter diep. De breedte van de stroom op de plaats van het gat bereikt 800 meter, en stroomopwaarts reikt hij tot een kilometer, dus er kan naar aardse maatstaven een gigantische tunnel zijn.
Aan de Purdue University werden numerieke simulaties uitgevoerd, volgens welke de kracht van basaltlava en de lage zwaartekracht van de maan het mogelijk maken gewelven in tunnels tot een kilometer breed aan het oppervlak en hallen tot vijf kilometer breed op een diepte van enkele honderden meters zonder vernietiging te behouden. De gegevens over het zwaartekrachtveld van de maan verkregen met behulp van de GRAIL-sondes hielpen om de simulatie te vergelijken met de werkelijkheid. Wetenschappers namen GRAIL-metingen over een mogelijke holte in de Marius-heuvels en probeerden vergelijkbare gegevens elders te vinden. Het was dus mogelijk om tot tien "handtekeningen" van mogelijke maanholtes te vinden, waarvan sommige 100 kilometer lang en enkele kilometers breed zijn. De meeste van hen zijn te vinden onder de maanzeeën.
Er werden inderdaad verschillende gaten in de maanzeeën ontdekt, maar ze vallen niet samen met de mogelijke holtes die werden berekend op basis van de afwijkingen van het zwaartekrachtveld. Eén gat in de Sea of Tranquility, ongeveer 400 kilometer ten noordoosten van de landingsplaats van Apollo 11, is echter het grootste en diepste gat dat per satelliet wordt onderzocht. Het gat heeft een diameter van ongeveer 100 meter en een diepte tot 100 meter. Er zijn geen lavakanalen of vulkanische koepels in de buurt die de aanwezigheid van een tunnel zouden kunnen aangeven, maar een dergelijke aanwezigheid kan nog steeds worden aangenomen.
Dit gat is interessant voor wetenschappers, niet alleen vanwege wat er aan de onderkant verborgen kan zijn, maar ook vanwege de gelaagde structuur, die zichtbaar is op de steile wanden van het gat. Deze lagen suggereren wetenschappers dat de lavazee is gevormd als gevolg van meerdere lava-lekkages, waarvan sommige vrij dun waren, tot wel een meter.
Het gat in de Sea of Tranquility blijft een van de meest geschikte plekken om een robotsonde te laten landen en de grot van binnenuit te verkennen. Tot dusverre plant echter geen enkele ruimtevaartorganisatie de ontwikkeling van robots voor het speleologie van de maan. Apollo 15-astronauten die de hellingen van Hadley Rill Canyon verkenden, die, volgens een hypothese, ooit een lavabuis was, maar vervolgens volledig instortte, kwamen het dichtst bij de geheimen van maanlavabuizen.
Apollo 15-bemanningscommandant David Scott tegen de achtergrond van de Hadley Rill Valley. Foto van maanmodulepiloot James Irwin.
De toekomst van interplanetaire speleologie
Ondertussen wordt op aarde een toekomstige verkenning van de maan- en marsgrotten voorbereid. Op onze planeet zijn veel vulkanische grotten beschikbaar om te verkennen en te bezoeken, waardoor men alle complexiteiten van interplanetaire speleologie kan presenteren. In Rusland zijn lavabuizen en grotten bekend in Kamtsjatka. Een van de lavabuizen, ongeveer 100 meter lang, is beschikbaar in de caldera van de Gorely-vulkaan. Deze grot is vrij oud, verlaten na een uitbarsting tweeduizend jaar geleden. Daarin voel je je als een Mars-ontdekkingsreiziger dankzij de temperatuur van bijna nul en een enorme gletsjer die de ingang gedeeltelijk blokkeert.
Lavagrot van de Tolbachik-vulkaan, gevormd door de uitbarsting van 2012-2013.
Tijdens de uitbarsting van de Tolbachik-vulkaan in 2012-2013 werden verschillende grotten gevormd. Deze grotten zijn pittoresker, met haaientand-lavastalactieten die het plafond bedekken, zoutdruppels op het plafond en groeiende stalagmieten op de vloer. De hitte van de verkoelende lava blijft hier nog steeds, thee kan nog steeds op hete scheuren worden gekookt en sommige takken van de grotten zijn door de hoge temperatuur niet toegankelijk voor bezoekers.
Ondanks de overduidelijke wetenschappelijke interesse in het verkennen van buitenaardse grotten, heeft nog geen enkele ruimtevaartorganisatie inbreuk gemaakt op hun geheimen. De technische uitvoering van een dergelijke studie blijft op deze weg een ernstig obstakel. De sonde moet ofwel precies op de bodem van het gat worden geplant, ofwel worden voorzien van klimuitrusting om een verticale wand af te dalen. Dit alleen is voldoende om de hele ontwikkeling te stoppen - de complexiteit is te hoog, en daarmee het risico. Vervolgens moet je de robot van stroom voorzien in de duisternis van de grot, en vooral, de communicatie controleren en onderhouden zonder direct zicht op de radio.
Bij ruimteverkenning wordt altijd de voorkeur gegeven aan projecten met een hoge betrouwbaarheid en veelbelovende langdurige levering van unieke gegevens, dus speleolrobots verliezen nog steeds de concurrentie van satellieten en telescopen. Slechts een paar privéteams van deelnemers aan de Google Lunar XPRIZE-wedstrijd hebben aangekondigd dat hun ontwikkelingen de studie van maangrotten mogelijk zullen maken. Het Amerikaanse Astrobotic-team en de Japanse Hakuto hebben maangrotten aangewezen als hun doelwitten, maar zolang hun sondes op aarde blijven, hoeven ze slechts 500 meter op de maan te lopen om een overwinning te behalen. Gezien de zeldzaamheid van maangrotten en de moeilijkheid om nauwkeurig te landen, is het onwaarschijnlijk dat teams de eerste keer de maangolven kunnen bereiken.
