Depuis les temps anciens, les grottes ont attiré les gens, leur obscurité est pleine de dangers, mais le secret des profondeurs attire à la fois Pithecanthropus, les scientifiques modernes et les touristes. Des centaines de grottes terrestres et sous-marines ont été explorées sur Terre, mais un objectif plus difficile se profile à l'horizon: des grottes sur d'autres planètes. Le blogueur et vulgarisateur de la cosmonautique Vitaly "Green Cat" Yegorov a parlé de ce qui attend les futurs spéléologues spatiaux.
La plupart des grottes connues de la Terre ont été formées à la suite de l'érosion - la destruction de roches, généralement sous l'influence de l'eau et des composés chimiques dissous. Ces grottes sont appelées grottes karstiques. Dans les régions volcaniques, les cavités souterraines d'origine lave sont répandues - dômes et tuyaux. Contrairement aux grottes karstiques, qui mettent des milliers ou des millions d'années à se former, les grottes volcaniques se forment assez rapidement, pendant une période d'éruption et d'effusion active de lave.
Grottes volcaniques
Un tube de lave est un long tunnel naturel, parfois jusqu'à des dizaines de kilomètres de long, avec un sol plat et un plafond voûté. Le tube se forme lors de l'éruption de lave basaltique plutôt liquide et visqueuse. S'étendant à partir de la source, la coulée de lave commence à se refroidir et la croûte supérieure se solidifie en premier, sous laquelle la coulée continue. En raison de la libération de gaz volcaniques entre le «toit» et le flux, une cavité se forme, qui se dilate au fur et à mesure que le flux s'assèche. Le résultat est un véritable "métro" propice à la marche. L'augmentation de la pression des gaz volcaniques conduit à la fusion secondaire des voûtes du tuyau, il est donc parfois recouvert de stalactites de lave.
Le volcanisme est également connu sur d'autres planètes.
Selon un certain nombre de signes indirects, on peut supposer que les volcans de Vénus sont toujours en éruption et, en raison de la chaleur qui y règne, leur lave se refroidit beaucoup plus lentement, ce qui signifie que les flux seront beaucoup plus larges. On suppose également qu'en raison des composés soufrés, la température de fusion de la lave vénusienne est inférieure à celle de la Terre, ce qui contribue en outre à la mobilité des coulées de lave.
Mars est connue pour ses volcans géants - cependant, maintenant ils se sont tous endormis, mais avant cela, ils ont réussi à inonder des milliers de kilomètres carrés de la surface de lave basaltique.
Vidéo promotionelle:
La lune a également connu à un moment donné une période active associée à la fois au bombardement d'astéroïdes et à l'activité tectonique interne. Les vastes étendues de la Lune sont inondées de coulées de lave, que nous appelons les mers.
Les scientifiques ont deviné qu'il devrait y avoir des grottes de lave sur la Lune et les planètes du système solaire au 19ème siècle, mais les premières découvertes ont dû attendre le début de l'ère de la cosmonautique.
Tubes de lave effondrés sur les pentes du volcan Mount Peacock dans l'image du satellite Mars Express.
Grottes de Mars
Des tuyaux volcaniques effondrés sur les pentes des volcans martiens ont été découverts par la station interplanétaire automatique Viking dans les années 1970.
Trente ans plus tard, le satellite Mars Odyssey a capturé les premiers gouffres, qui indiquaient des grottes encore existantes en attente de leurs spéléologues. Le diamètre des creux béants atteint 250 mètres. La plupart d'entre eux ont été trouvés sur les pentes des volcans boucliers dans les hautes terres de Tarsis. Le moderne Mars Reconnaissance Orbiter, à l'aide d'un télescope HiRISE haute résolution, a pu observer les entrailles de Mars, aussi loin que possible de l'orbite.
Un gouffre dans une grotte de lave sur le volcan martien Mount Askriyskaya. Image satellite MRO.
Les grottes martiennes attirent les scientifiques pour plusieurs raisons. En raison de la faible atmosphère, toute la surface de la planète est irradiée par la lumière ultraviolette solaire et bombardée par des particules chargées cosmiques, de sorte que l'existence d'une vie microbienne ou même de composés organiques complexes dans les couches supérieures du sol est peu probable. Sous la protection des voûtes des grottes, les chances de leur conservation augmentent considérablement - même si la vie elle-même ne s'y trouve plus, ses restes resteront beaucoup plus longtemps. Il est également possible que de la glace d'eau et d'autres composés plus volatils en terrain dégagé se trouvent dans les grottes martiennes.
Les rêveurs les plus audacieux suggèrent que les grottes martiennes peuvent devenir un refuge pour les premières bases et colonies humaines - la protection contre les radiations et l'approvisionnement en eau sera utile pour les futurs colons. Bien qu'un certain nombre de facteurs indiquent que les grottes volcaniques de Mars ne sont pas l'endroit le plus approprié pour vivre. Tous sont situés sur des pentes volcaniques à une altitude de plusieurs kilomètres au-dessus de la plaine. Pendant ce temps, l'atterrissage dans les régions de haute altitude est difficile en raison de la couche trop mince de l'atmosphère. L'atmosphère permet d'économiser du carburant pour le freinage lors de l'atterrissage, de sorte que les engins spatiaux les plus lourds essaient de s'enfoncer dans les endroits les plus profonds de Mars. Grâce à la même atmosphère, les basses terres sont mieux protégées des radiations. Et des dépôts de glace d'eau à la surface ont également été étudiés, notamment à proximité de la dépression la plus profonde de Mars - la vallée de Hellas. Donc,Jusqu'à ce que la présence de minéraux biogènes ou autres dans les grottes martiennes soit confirmée, il est conseillé de les explorer à l'aide de moyens robotiques.
Un facteur important qui entrave le développement de la spéléologie martienne est les exigences de la sécurité planétaire. S'il y a une possibilité de préserver la vie martienne hypothétique dans des grottes, alors le chercheur doit être stérile à 100% pour exclure la probabilité du scénario fantastique des «Chroniques martiennes», où un éternuement terrestre a tué une grande civilisation. Aujourd'hui, il n'est pas possible d'assurer la stérilité complète de l'engin spatial sur Terre, et nos microbes sont capables de résister aux conditions du vol spatial. Par conséquent, les Martiens ne cherchent pas à ne pas les détruire accidentellement.
Grottes lunaires
Mais la doctrine de la sécurité planétaire n'interfère pas avec la visite des grottes lunaires. The Hollow Moon est devenu à plusieurs reprises le théâtre d'œuvres fantastiques. Bien que la réalité soit loin de la fiction, elle est également encourageante pour les romantiques. L'existence de grottes lunaires a été présumée pendant longtemps, mais la confirmation directe n'est venue qu'en 2009. Pour la première fois, la station robotique japonaise Kaguya a découvert des cratères inhabituels qui n'avaient pas de puits circulaire et aucun signe d'éjection de l'intérieur. Leur diamètre atteignait 100 mètres et la profondeur semblait si importante que la lumière latérale du soleil n'atteignait tout simplement pas le fond. La sonde américaine Lunar Reconnaissance Orbiter a pu examiner les creux de manière beaucoup plus détaillée, à différents moments de la journée, estimer non seulement la profondeur du fond et son contenu, mais aussi la structure des parois latérales, et même regarder sous les arcades.
Échec dans la cavité sublunaire de la mer de la tranquillité. Levé satellitaire LRO.
Échec dans la cavité sublunaire de la mer de la tranquillité. Levé satellitaire LRO.
Un groupe de scientifiques de l'Université de l'Arizona a développé un algorithme spécial PitScan, qui, en mode semi-automatique, a recherché des trous dans des grottes sur la surface lunaire et en a trouvé plus de deux cents. Ils peuvent être divisés en trois groupes conditionnels:
- les défaillances des canaux de lave, qui ont expiré lors des éruptions volcaniques;
cavités de lave formées par la fonte formée dans de grands cratères à partir de - la chute de gros astéroïdes;
- cavités dans les mers lunaires.
Un trou dans le prétendu tube de lave a pu être vu sur les hautes terres volcaniques de Marius Hills, à l'équateur à l'ouest de la face visible de la lune. Depuis les satellites, un canal d'écoulement de lave est clairement visible, s'étendant de l'évent du volcan sur des dizaines de kilomètres. A environ 25 kilomètres du cratère, un trou est visible dans le ruisseau gelé. Soit une météorite l'a fait, soit le «toit» s'est effondré de lui-même, mais maintenant vous pouvez voir un trou de 80 mètres de large et 45 mètres de profondeur. La largeur du ruisseau à la place du trou atteint 800 mètres et en amont, elle atteint jusqu'à un kilomètre, il peut donc y avoir un tunnel géant selon les normes terrestres.
À l'Université Purdue, des simulations numériques ont été réalisées, selon lesquelles la force de la lave basaltique et la faible gravité lunaire permettent de conserver des voûtes dans des tunnels jusqu'à un kilomètre de large en surface et des salles jusqu'à cinq kilomètres de large à une profondeur de plusieurs centaines de mètres sans destruction. Les données sur le champ gravitationnel de la Lune, obtenues à l'aide des sondes GRAIL, ont permis de comparer la simulation avec la réalité. Les scientifiques ont pris des lectures GRAIL sur une éventuelle cavité dans les collines de Marius et ont essayé de trouver des données similaires obtenues ailleurs. Il a donc été possible de trouver jusqu'à dix «signatures» d'éventuelles cavités lunaires, dont certaines mesurent 100 kilomètres de long et plusieurs kilomètres de large. La plupart d'entre eux se trouvent sous les mers lunaires.
Plusieurs trous dans les mers lunaires ont en effet été découverts, cependant, ils ne coïncident pas avec ces éventuels vides qui ont été calculés à partir des écarts du champ gravitationnel. Cependant, un trou dans la mer de la tranquillité, à environ 400 kilomètres au nord-est du site d'atterrissage d'Apollo 11, est le plus grand et le plus profond étudié par satellite. Le trou a un diamètre d'environ 100 mètres et une profondeur allant jusqu'à 100 mètres. Il n'y a pas de canaux de lave ou de dômes volcaniques à proximité qui pourraient indiquer la présence d'un tunnel, mais une telle présence peut encore être supposée.
Ce trou est intéressant pour les scientifiques non seulement à cause de ce qui peut être caché à son fond, mais aussi à cause de sa structure en couches, qui est visible sur les parois abruptes du trou. Ces couches suggèrent aux scientifiques que la mer de lave s'est formée à la suite de multiples déversements de lave, dont certains étaient assez minces, jusqu'à un mètre.
Le trou dans la mer de la tranquillité reste l'un des endroits les plus appropriés pour poser une sonde robotique et explorer la grotte de l'intérieur. Cependant, jusqu'à présent, aucune agence spatiale ne prévoit de développer des robots spéléo lunaires. Les astronautes d'Apollo 15 qui ont exploré les pentes de Hadley Rill Canyon, qui, selon une hypothèse, était autrefois un tube de lave, mais plus tard complètement effondré, se sont rapprochés des secrets des tubes de lave lunaires.
Le commandant d'équipage d'Apollo 15, David Scott, devant la Hadley Rill Valley. Photo du pilote du module lunaire James Irwin.
L'avenir de la spéléologie interplanétaire
En attendant, l'exploration future des grottes lunaires et martiennes est en cours de préparation sur Terre. Sur notre planète, de nombreuses grottes volcaniques sont disponibles pour l'exploration et la visite, ce qui permet de présenter toutes les complexités de la spéléologie interplanétaire. En Russie, des tubes de lave et des grottes sont connus au Kamtchatka. L'un des tubes de lave, d'environ 100 mètres de long, est disponible dans la caldeira du volcan Gorely. Cette grotte est assez ancienne, laissée après une éruption il y a deux mille ans. Vous pouvez vous sentir comme un explorateur martien grâce à la température proche de zéro et à un glacier massif qui bloque partiellement l'entrée.
Grotte de lave du volcan Tolbachik, formée par l'éruption de 2012-2013.
Plusieurs grottes se sont formées lors de l'éruption du volcan Tolbachik en 2012–2013. Ces grottes sont plus pittoresques, avec des stalactites de lave en dents de requin recouvrant le plafond, des gouttes de sel au plafond et des stalagmites croissantes sur le sol. Ici, la chaleur de la lave de refroidissement est toujours préservée, le thé peut encore être bouilli sur des fissures chaudes et certaines branches des grottes sont inaccessibles à la visite en raison de la température élevée.
Malgré l'intérêt scientifique évident pour l'exploration des grottes extraterrestres, jusqu'à présent aucune agence spatiale n'a enfreint leurs secrets. La mise en œuvre technique d'une telle étude reste un obstacle sérieux sur cette voie. La sonde devra soit être plantée exactement au fond du trou, soit équipée d'un équipement d'escalade pour descendre un mur vertical. Cela seul suffit pour arrêter tout le développement - la complexité est trop élevée, et donc le risque. Ensuite, vous devrez alimenter le robot dans l'obscurité de la grotte et, surtout, contrôler et maintenir la communication sans visibilité radio directe.
Dans l'exploration spatiale, la préférence est toujours donnée aux projets à haute fiabilité, promettant des approvisionnements à long terme en données uniques, de sorte que les robots spéléo perdent toujours la concurrence des satellites et des télescopes. Seules quelques équipes privées de participants au concours Google Lunar XPRIZE ont annoncé que leurs développements permettront l'étude des grottes lunaires. L'équipe américaine d'astrobotique et le japonais Hakuto ont désigné des grottes lunaires comme cibles, mais tant que leurs sondes resteront sur Terre, ils devront marcher seulement 500 mètres sur la Lune pour remporter une victoire. Compte tenu de la rareté des grottes lunaires et de la difficulté d'un atterrissage précis, il est peu probable que les équipes puissent atteindre les cavités lunaires la première fois.
