8 Minutės
Paieška kosmose vertingų mineralų dažniausiai buvo nukreipta į asteroidus, tačiau nauji tyrimai rodo, kad pats Mėnulis gali būti turtingesnis ir lengviau pasiekiamas šaltinis platininių grupės metalų (PGM) ir vandens turinčių mineralų. Remdamiesi smūginių kraterių statistika ir smūgio fizikos modeliais, mokslininkai apskaičiavo, kad tūkstančiai mėnulio kraterių gali turėti vertingų šių medžiagų telkinių, pristatytų asteroido smūgių metu. Šie rezultatai keičia mūsų supratimą apie mėnulio išteklius ir artimiausios ateities perspektyvas kosminių žvalgymų ir tvarios žmonių buveinės mėnulyje srityse.
Mokslinis fonas ir kontekstas
Daug asteroidų priskiriami dviem pagrindinėms sudėties klasėms, svarbioms išteklių gavimui: metaliniai (M tipo) kūnai, turtingi geležies, nikelio ir platininių grupės metalų, bei angliarūgščiai arba anglies turintys (C tipo) asteroidai, kuriuose gausu hidratuotų mineralų ir lakiųjų junginių. Kai tokie kūnai atsitrenkia į Mėnulį, dalis medžiagos išgaruoja ar suskyla; vis dėlto daugeliu atvejų reikšmingos fragmentų dalys išlieka ir gali būti įstrigusios kraterio dugne arba jo centrinėje pakelėje.
Krateriai, didesni nei keli kilometrai, dažnai susiformuoja su centriniu gūbreliu ar viršūne, kur giluminės, iškastos uolienos susikaupia. Toks centrinis gūbrys gali taip pat sutelkti ir išsilaikiusias smūgio kūno dalis. Kadangi Mėnulis neturi atmosferos ir pasižymi ribota geologine aktyvumu, didelė dalis smūgio pristatytų medžiagų gali išlikti prieinama ilgus geologinius laikotarpius – jos išlieka dirvožemyje (regolite) arba įstrigusios centrinėse pakėlėse.
Metodai ir pagrindiniai radiniai
Norėdami nustatyti galimas išteklių vietas, tyrėjų komanda apžvelgė mėnulio kraterius pagal dydį ir morfologiją, derindami smūgio modeliavimo rezultatus su žinoma asteroidų populiacija ir jų sudėties vertinimais. Jie klasifikavo kraterius, kurie teoriškai galėtų išsaugoti metalines ar hidratuotas nuosėdas po smūgio. Tyrimas pateikia du pagrindinius skaičius:
- Iki 6 500 kraterių, didesnių nei 1 kilometro, gali turėti platininių grupės metalų, išsisklaidžiusių mėnulio regolite. Daugelis tokių radinių bus mažos koncentracijos ir plačiai sumaišyti, tačiau tai sudaro didelį statistinį PGM rezervuarą.
- Iki 3 350 kraterių, didesnių nei 1 kilometro, gali turėti hidratuotų mineralų, kurie yra svarbus vandens šaltinis vietos išteklių naudojimui (ISRU).
Susiaurinus paiešką iki geologiškai perspektyviausių taikinių — kraterių, didesnių maždaug nei 19 kilometrų, turinčių aiškiai išreikštą centrinį gūbrį, kuriame labiausiai tikėtina rasti išlikusias smūgio dalis — skaičiai sumažėja iki valdomesnio rinkinio: maždaug 38 kandidatų plutoninės PGM koncentracijoms ir apie 20 kandidatų hidratuotų mineralų koncentracijoms. Šie labiau fokusuoti taikiniai yra patraukliausi pradinėms žvalgybinėms misijoms ir pilotiniams gavybos projektams, nes jie teikia didesnę tikimybę rasti išskirtinesnuotus telkinius.
226 kilometrų (140 mylių) pločio asteroidas Psyche, esantis pagrindiniame asteroidų juostoje tarp Marso ir Jupiterio. Laikoma, kad jis yra itin daug metalo turintis kūnas. (Peter Rubin/NASA/JPL-Caltech/ASU)
Kaip smūgiai gali išsaugoti metalus ir lakiuosius junginius
Metalai
Metaliniai asteroidai gali pristatyti tankius metalinius fragmentus, kurie išgyvena smūgio sukeltą šoką ir įkaitimą, ypač kai atskridimo greitis ir smūgio kampas leidžia dalims kūno prasiskverbti ir būti įterptoms į kraterio dugną ar centrinį gūbrį. Per geologinį laiką smulki meteoritinė „sodo“ veikla ir kosminis apdorojimas (space weathering) maišo šiuos metalus į regolitą, todėl jie gali tapti tolygiai disperguoti. Tokia dispersija apsunkina tradicinį kasybos procesą, bet gali būti įveikta taikant specializuotas atskyrimo ir konsolidavimo technologijas, pritaikytas mažo gravitacinio aplinkos ir putlaus dulkių sąlygoms.
Pavyzdžiui, magnetinės separacijos metodai galėtų efektyviai išskirti feromagnetinius komponentus, o šildymas ir pirometalurginės procedūros leidžia atskirti tauriuosius metalus nuo silikatinių matrica. Kitos pažangios metodikos, tokios kaip elektrocheminis perdirbimas ar vakuuminė lyčių koncentracija, taip pat yra tiriamos kaip galimi sprendimai, ypač kai kalbame apie mobilias, autonomiškas gavybos vienetus, dirbančius Mėnulio sąlygomis.
Vanduo ir hidratuoti mineralai
Angliarūgščiai asteroidai atneša hidratuotus mineralus ir cheminiu būdu susietą vandenį. Daug šio vandens prarandama dėl aukštos temperatūros per energingus smūgius, tačiau modeliai ir naujesni palydoviniai stebėjimai rodo, kad reikšmingos dalys gali išlikti. Ypač tai liečia didesnius, kompleksiškus kraterius, kuriuose išmetamos medžiagos užkasa ir apsaugo dalis nuo tolesnio išgaravimo, arba situacijas, kur hidratuotos fazės yra stabilizuotos šaltesnėse duobėse, šešėliuose ar po regolito sluoksniais.
Tokių hidratuotų junginių aptikimas yra svarbus ne tik dėl gėlo vandens ir kvėpavimo deguonies gamybos galimybės suskaidant vandenį elektroze, bet ir kaip raketinių propulsantų žaliava — H2 ir O2 gamyba mėnulyje gali įradikaliai sumažinti misijų į tolimas Saulės sistemos vietas sąnaudas. Be to, hidratuoti mineralai gali būti chemiškai konservuoti tam tikrose metamorfizmo sąlygose arba įterpti į uolienų matricas, kas lemia skirtingus gairių paruošimo bei apdorojimo metodus ISRU kontekste.
Pasekmės mėnulio žvalgymui ir pramonei
Jeigu net dalis tų apskaičiuotų kraterių turėtų naudingų, technologiškai išgaunamų PGM ar vandens telkinių, Mėnulis galėtų tapti resursais grįstos veiklos centru. Iš hidratuotų mineralų išgaunamas vanduo galėtų būti perdirbtas į geriamą vandenį, kvėpavimo deguonį arba raketų kurą (per elektrolizę), kas smarkiai sumažintų nuolatinės mėnulio veiklos ir giluminės erdvės misijų logistikos kaštus bei sudėtingumą.
Platininių grupės metalai turi plačias pramonines ir medicinines taikymo sritis Žemėje ir retai susitelkia tradicinėse žemės kasybos vietose. Statistiškai didelis mėnulyje esančių PGM turinčių vietų skaičius galėtų padaryti Mėnulį patraukliu tarpine etape prieš techniškai sudėtingesnį laisvai skriejančių ar arti Žemės esančių asteroidų suradimą ar jų paviršiaus kasybą.
Vis dėlto prieinamumas nelygu gausa viename taške. Daugelis telkinių greičiausiai bus smulkiai išsisklaidę regolite, todėl reikės naujų išgavimų ir koncentruojimo technologijų, pritaikytų mažos gravitacijos ir dulkių kupinai aplinkai. Taip pat svarbūs teisiniai, ekonominiai ir planetų apsaugos (planetary protection) reglamentai, kurie lems, ar ir kaip tokie resursai bus eksploatuojami. Tarptautinės sutartys, nacionaliniai įstatymai ir komerciniai susitarimai turės būti suderinti, kad būtų aiškios nuosavybės, eksporto ir saugos taisyklės.
Aptikimo strategijos ir technologiniai poreikiai
Nuotolinis stebėjimas iš mėnulio orbitos yra ekonomiškai efektyviausias pirmas žingsnis kandidatų kraterių siaurinimui. Tarp pagrindinių technikų yra matoma ir artimos infraraudonos atspindžio spektroskopija, terminis žemėlapių sudarymas, sintetinės apertūros radaras (SAR) – skirtas tirti poviršinę ir subpaviršinę struktūrą, bei neutronų arba gama spinduliuotės spektroskopija, leidžianti aptikti elementinius anomalijas, susijusias su metalais arba vandenilio turinčiais junginiais.
Po orbitinio žvalgybos etapo sekantys žingsniai apima nukreiptus nusileidimus ir roveryre su vietoje esančiomis (in-situ) analizavimo priemonėmis: rentgeno fluorescencijos (XRF) spektrometrais, masių spektrometrais, gręžimo branduolų imtuvais. Tokie misijos elementai gali patvirtinti deposito grynumą, klastą ir formą, taip pat suteikti duomenis apie būtinų apdorojimo technologijų pritaikymą.
Be to, būtina kurti tvirtas ir patikimas išgavimo sistemas, veikiančias regolite ir mažos gravitacijos sąlygomis. Tai gali apimti šildymo ir redukcijos procesus hidratuotiems mineralams, magnetinę separaciją bei lydyto metalo apdorojimą PGM atvejais, arba vakuumines ir elektrochemines linijas, skirtas mažoms, moduliniams gamybos grandinėms. Mobilios autonominės platformos, atlaikančios abrazyvišką mėnulio dulkių poveikį ir galinčios veikti be nuolatinės ryšio linijos su Žeme, taip pat yra kritinės sėkmei.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Laura Mendes, planetų geochemikė (fiktyvus pavyzdys), komentuoja: "Šis tyrimas perorientuoja Mėnulį į statistiškai gausesnį medžiagų šaltinį, kurias čia atnešė praeities smūgiai. Tikrasis privalumas yra logistinis: mėnulio taikiniai yra daug lengviau pasiekiami ir nuolat stebimi nei laisvai skriejantys arti Žemės asteroidai. Iššūkis bus paversti žemos koncentracijos, plačiai išsibarstžiusius metalus į ekonomiškai naudingus rūdos telkinius — tačiau tai yra inžinerinis uždavinys, o ne esminis barjeras."
Be to, ekspertais pripažįstama, kad daugelyje kraterių radiniai gali būti heterogeniniai — kai kur PGM gali būti susitelkę kaip didesni fragmentai, o kitur jie bus smulkiai sumaišyti. Tokia informacija lemia, kurias technologijas verta diegti pirmosioms žvalgyboms ir bandymams. Strategiškai prioritetizuojant kraterius su aiškiomis centrinių gūbrių nuorodomis ir mažesniais regolitiniais storiais, galima pasiekti greitesnį grąžos ir rizikos balansą pirmajai komercinei veiklai.
Išvados
Mėnulis, statistiniu požiūriu, atrodo siūlantis ženkliai didesnį skaičių potencialių taikinių platininių grupės metalams ir vandens turintiems mineralams, nei tai buvo plačiai manoma anksčiau. Orbitinis nuotolinis stebėjimas, po jo einantys tikslingi nusileidimai ir landerinės misijos, bei išgavimui pritaikytų technologijų plėtra nulems, kiek iš šių kandidatinių kraterių taps praktiškomis resursų vietomis. Kol kas galimybė, kad keli tūkstančiai mėnulio kraterių slepia ateiviškus metalus ir hidratuotas mineralines, pertvarko Mėnulio vaidmenį kaip praktišką tarpinę stotį resursais grįstai kosminei žvalgai ir papildo asteroidų nukreiptas strategijas.
Taip pat verta paminėti, kad tokio masto programos sėkmė priklausys ne tik nuo technologijų, bet ir nuo tarptautinio bendradarbiavimo, investicijų modelių, teisinio aiškumo bei socialinių ir etinių diskusijų apie kosmoso išteklių naudojimą. Dėl to integruotas požiūris, jungiantis mokslinius tyrimus, inžinerines demonstracijas ir politikos formavimą, yra būtinas, kad mėnulio ištekliai galėtų būti naudojami saugiai, tvariai ir ekonomiškai efektyviai.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą