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本文转自：北京邮电大学出版
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未来的第一批月球和火星移民将居住在山洞裡，所以今天科学家们特别感兴趣于外星的地下洞穴。
经过对西弗吉尼亚州的一个洞穴为期十年的测量和探索，我终于即将绘成图纸。但令人吃惊的是，我和同事发现了以前从未留意过的一个低矮通道。这个通道又宽又扁，高度很低，我只能勉强将头伸进去。但此后通道的前方似乎变宽了，我们继续前进。我们开始挖掘，运走泥土，以便能够匍匐地通过这个狭窄的地方。
挖了大约一个小时后，我的伙伴Rick Royer挤了进去。通道被打开了，我们惊喜地花了6个小时测绘和勘探了这个约长90米的原始通道。
这个简短的洞穴探险故事与外太空有什么关系呢？关系异常密切！月球和火星的早期移民将面对极其恶劣的环境，他们所能携带的装备却极为有限。那裡没有可供呼吸的大气，冷热变化剧烈，还有不停地向他们轰击的大量致命辐射。为了迅速建起永久居所，第一批移民将不得不躲到地下。他们必须像我们的史前祖先那样成为穴居人。月球与行星研究所的月球科学家Paulspudis说：“洞穴作为人类的居所有许多优点。它们是优良的掩体，比较容易改造和利用。”
作为探索太阳系的第一步，一个关键是要找到洞穴，以及最容易的进入方法。科学家们一直通过研究月球和火星的图像来寻找洞穴，并已经发现一些有趣的可能是洞穴的地点。
探寻火星洞穴
如果想在地球上找一个原始洞穴，我就会找一张地质图，确定附近哪裡有石灰岩，因为洞穴最有可能在石灰岩中形成，然后沿着河流和水沟上溯，徒步寻找有水出现或消失于地下的地方。因为洞穴是水溶解石灰岩而形成的，因此找到水的流向，就有可能找到洞穴。
但是不论月球还是火星都没有流动的水。其次，据我们所知，这两个星球也没有石灰岩，因为这种沉积岩床是死亡的海洋生物遗骸在海底缓慢沉积而成的。相反，行星科学家们在其它星球上寻找洞穴的重点是曾经的火山活动区，因为熔岩流也能形成洞穴。
根据NASA的“环火星巡逻者”（MRO）等探测器传回的图像，已经在火星上发现了第一批可能的洞穴口，它们位于Tharsis高地、巨大的Arsia火山北部，火星上发现的近100个洞穴候选者几乎都在该地区。
地质学家们把火星洞穴分成三种类型。第一种类似于地球上的熔岩洞穴，那是地表附近的地下通道，它们沿火山侧坡下行，偶尔开有天窗或凹坑形成入口。熔岩洞是上层和侧面的熔岩凝固时形成的。熔岩会继续在洞内流动，最终排干，并留下一条幽长而蜿蜒曲折的洞穴。这种洞穴的外壳往往很薄弱，最终会部分崩塌而形成入口。因为处于地表附近，这类熔岩洞常以凹坑的形式出现。如果沿熔岩洞发现一连串坑穴，就可以相当容易地找到一条熔岩洞穴。
迄今为止，仅在Arsia火山地区，科学家就确定了八处特征各异的类似熔岩洞的地貌，长度从10千米到100千米不等。每个都开有一个到几十个天窗，其直径通常小于6米，深度从10米到30米不等。
第二种洞穴也是火山型的，但比熔岩洞穴更复杂。这类洞穴与断裂和裂缝有关。它们可能是Tharsis高地开始隆起时引起地表断裂而形成的。当熔岩流入这些裂缝时，其表层会凝固成壳。当各处的熔岩逐渐流干后，就留下了洞穴，这与熔岩洞很相像。但与熔岩洞不同的是，这些洞穴并不曲折，它们沿断裂带走向。这些洞穴可深入地下4.8千米。
第三种类型的洞穴，被称为“非典型环形凹坑”，一般比普通的熔岩凹坑入口更大更深，直径有时达300米左右。它们还有非常陡峭的垂直壁，有时还有显著的岩脊，表明它有长度不明的横向通道。这些非典型环形凹坑呈圆形，初看很像撞击坑，但它们不是撞击形成的。地质学家虽然尚未确定这些洞穴的实际形成过程，但他们从理论上认为，其形成过程与断裂带中形成洞穴的过程类似，不过是以具有局域性特点的方式产生了一个巨大的孤立凹坑。
未知洞穴都属于这三类。其中许多似乎有岩脊，其下的洞穴深不见底。拍摄只限于表层，所以也没有办法测量这些深不可测洞穴的长度。或许我们看到的是一个敞开的简单凹坑，也可能是一个绵延数千米的洞穴的入口。至于许多可能更小的孔穴，因图像分辨率太低，也很难识别。
月球洞穴
类似的洞穴也已在月球上发现。上世纪60年代，行星科学家提出，月溪（长而窄的山谷）不是由水而是由熔岩流形成的，因此它们与地球上的熔岩洞穴很相像，但这些洞穴可能因月球重力较弱而要大得多。这种观点意味着月球可能拥有地下洞室，这些洞室有数千米长，有400米～500米宽的空问。计算表明，某些大型地下洞室的顶部可能厚达30米到60米，使它们非常稳固，而且能充分防护外太空的严酷辐射。
几十年前当第一批无人轨道器拍摄月球时，科学家发现了大量潜在的熔岩洞。它们大多数都分布在月球正面最西边的风暴洋，但是搜索表明其它地方可能还有许多。不幸的是，这些早期探测器上的照相机没有足够的图像分辨率，因此科学家不能确定这些熔岩洞是否足够地大。
在过去十年裡，日本、中国、印度和NASA的月球轨道器携带着更高级的照相机，已经分辨出许多可能是洞穴的地貌。类似火星，有些与熔岩洞穴有关，有些与断裂带有关，还有一些则与地貌没有显著关联。
亚利桑那州立大学的james Ashley说，月球正面有两个凹坑，一个在风暴洋的Marius山地区，另一个在静海，它们最令人感兴趣，因为它们的岩脊顶下面是空的。它们的洞壁也呈现引人注目的分层结构，可能表明曾有过多次熔岩流。
日本的“月亮女神”探月卫星拍摄了Marius山凹坑。据估计，它约有60多米宽、80多米深，厚实的顶部分为几层，厚达约40米到60米。而静海凹坑更大，呈圆环状，坑顶显示出多层熔岩流凝固形成的结构。据估计，这个凹坑的宽度和深度都约为90多米。
这两个凹坑只是目前为止发现的月球洞穴口中最有趣的两个。例如，印度的“月船”1号探测器还分辨出一个1600多米长的熔岩洞，其内径估计为150多米到360多米。NASA的“月球勘测轨道飞行器”上的照相机（LROC）大约拍摄到十来个底部可能有洞穴的凹坑。事实上，光是LROC的数据就如此之多，以致科学家们尚未全部检查一遍。该项目的科学团队设立了一个网站（http：//target.lroc.asu.edu/da/qmap.html），任何人都可以通过它研究这些高分辨率图像。
NASA的工程师James Fincannon和我就做过这个工作，我们的研究专注于搜索哥白尼环形山北半部的洞穴。只用了一个周末，我就确定了6个以往资料未曾记录的凹坑和裂缝。这些特征虽然也由火山过程形成，但并非是严格意义的熔岩洞。
James Ashley和他的同事们提出了一种可能形成过程：在撞击形成哥白尼环形山后的一瞬间，它的底部被熔化，如同一个熔岩湖，当撞击的熔岩冷却并收缩时，凝固的表面就产生了裂缝和空洞。这样形成的体系可能广泛分布于地下，甚至可能有适合居住的网状熔岩洞系统。
进入地下
我在哥白尼环形山发现了一个特别有趣的“天窗”，因为漫游车应该可以沿斜坡驶入这个洞穴。事实上，
“容易进入”是决定一个洞穴可否用作未来月球基地的关键因素。可笑的是，从地球出发经过38万千米的旅程后，在进入洞穴前，如何越过短短的60米至90米陡坡，却成了工程技术上必须解决的一个大难题。
让载人飞船依靠火箭飞入洞穴，远非好莱坞电影所展现的那么简单。我们既不能用降落伞也不能用直升飞机，因为月球和火星都缺乏稠密的大气层。即使这些星球上的重力远小于地球，宇航员也不能直接跳入，因为90米的高度是足以致命的。
地球上，下降90米进入一个深坑的技术已变得非常成熟，可谓轻车熟路。要是我想去一个深坑的底部探险，只需要备好一根绳索，穿上吊带，安装好垂直齿轮，然后系着绳索下降。要离开洞穴时，我的提升设备使攀爬90米的绳索变得十分简单而有趣，而且非常安全。
但是，这些技术在月球或火星上就不那么容易实现了。例如，使用洞穴攀绳设备要求手指能灵活控制，但穿了太空服的宇航员戴着又厚又笨拙的手套，使这项工作变得十分困难。甚而至于，简单的穿吊带动作都将是一种挑战。
也许可以直接将攀登装备与太空服合二为一，从而无需吊带和单独的齿轮。但是，更好的解决办法，是找到不用垂直下降而有某种天然入洞坡道的洞穴口。正如上文提到的，月球上似乎至少存在这样一个洞穴入口。在火星上也已经发现了几个，这显然是风沙的杰作，沙尘在洞口堆积，形成了可让车辆驶入的斜坡。正如亚利桑那州旗杆镇的美国地质调查局科学家Glen cushing所说：“你似乎可以很悠然自在地直接开车进入那些洞穴。”
不过，决不可低估崎岖地形造成的问题。前面提到的那个月坑斜坡看上去并不平坦，会给最优秀的四轮驱动漫游车造成困难。为了方便地进出洞穴，或许需要用推土设备开路。
那几个火星坑似乎较适合车辆的进出，但是厚尘土构成的斜坡是否稳固则依然无法确定，这些尘土可能已凝结成坚如岩石般的沙丘，也可能仍像果冻般松软。
由于存在这些困难，第一批行星际洞穴考察者很可能是自动漫游车。匹兹堡的卡内基·梅隆大学的工程师已经提出了一个着陆器和漫游车的联合探测计划，目的是详细拍摄Marius山坑。当着陆器母船下降时先飞越这个月坑，获取雷达数据，并用高达每个像素10厘米的分辨率进行拍摄，接着在月坑边缘几百米的范围内着陆，然后让漫游车环绕这个月坑行驶以研究其特征。如果这些工程师对该计划作些修改，让漫游车改在有斜坡的洞穴旁着陆，那么就可以指挥漫游车进入洞穴。
开辟第一座太空居所
如果人类向月球和火星移民，洞穴可能是最早的居所。厚实的洞穴顶部能保护他们免受严酷的辐射。洞穴还能提供更宜人的温度环境，使人类免受巨大的温差之苦，而月面上的昼夜温差高达250℃。像地球上的洞穴一样，月球和火星的洞穴在一年中的温度几乎不变。对于建造和扩大人类居所，洞穴还可提供方便使用的结构。Cushing说：“建造和移动居所远比利用现有的结构进行改造要困难得多。”
在月球上，利用洞穴作为居所的最大问题是其位置。Spudis解释说：“它们往往不在你所希望的地方。”已发现的大多数洞穴位于低纬区和月海中。但是现在认为两极是月球上最有价值的“房地产”，因为那裡可能有水，然而那裡似乎没有洞穴。如果两极没有洞穴，建立永久的月球基地将非常困难。这种基地要么不在洞穴裡，因而很难建造；要么设于地下洞穴，但远离潜在的水源。
火星上的情况则很是令人振奋。迄今大部分洞穴都发现在Tharsis高地，那裡可能藏有大量的地下冰。地质状况表明，冰川曾沿Arsia山的西北坡流动，而在离那裡不远的地方发现了许多熔岩洞口。计算机模拟表明，该地区的气候允许沉积在这些洞穴裡的水冰保持数十万年不变。如果曾有水流入这些洞穴，那么这些水很有可能仍在洞中。
如果在火星上建立居住地，可以建在巨型火山的侧坡上。早期的火星移民可能最终会成为像我这样的洞穴探险者，去探索地下裂缝，寻找未被发现的空间。但他们的目标将与我有很大不同。除了探索从未有人去过的地方以外，他们还要寻找水和居住地。对他们来说，洞穴探险不是一种休闲活动，而是建设外星家园的一项最基本的任务。
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