太阳能月球方舟被提议为“现代全球保险政策”

月球柜设计

拟建方舟设计的俯视图。信贷:Jekan Thanga

这一雄心勃勃的项目由亚利桑那大学的一个团队提出,旨在保护人类——以及动物、植物和真菌——以防全球危机的发生。

亚利桑那大学的研究员Jekan Thanga从一个不太可能的来源——圣经中诺亚方舟的故事中获得了科学灵感。然而,他在月球上的太阳能方舟并不是每个动物都有两个,而是储存了地球上670万个物种的种子、孢子、精子和卵子的低温冷冻样本。

Thanga和他的一群本科生和研究生概述了月球方舟的概念,他们称之为“现代全球保险政策”,在周末的IEEE航空航天会议上提交了一篇论文(见下面的视频)。

“地球自然是一个不稳定的环境,”Thanga说,他是亚利桑那工程学院的航空航天和机械工程教授。“作为人类,我们在大约7.5万年前经历了一次千差万别的经历,多巴超级火山爆发,导致了1000年的降温期,一些人认为,这与人类多样性的估计下降相符。”因为人类文明的足迹如此之大,如果它崩溃了,可能会对地球其他地方产生负面的连锁反应。”

他还说,气候变化是另一个问题:如果海平面继续上升,许多干燥的地方将会被淹没——包括挪威的斯瓦尔巴特种子银行(Svalbard Seedbank),它保存了数十万种子样本,以防止生物多样性意外丧失。Thanga的团队认为,将样本储存在另一个天体上可以降低生物多样性丧失的风险,如果某一事件导致地球的彻底毁灭。

完全管

2013年,科学家们在月球表面下发现了一个由约200个熔岩管组成的网络。这些结构形成于数十亿年前,当熔岩流融化穿过地下软岩时,形成了地下洞穴。在地球上,熔岩管的大小通常与地铁隧道相似,可能会受到地震、板块构造和其他自然过程的侵蚀。这个网状的月球熔岩管直径约100米。据估计,在30亿到40亿年的时间里,它们都没有被破坏过,它们可以为太阳辐射、微陨石和地表温度变化提供庇护。

月球方舟设计侧视图

拟议方舟设计的侧视图。信贷:Jekan Thanga

在月球发展月球基地或人类住区的想法已经存在数百年,熔岩管发现更新了空间社区对概念的热情。但月球并不是一个热情好客的环境,人类可以花费延长的时间。没有水或透气空气,它约为减去25度摄氏或者- 15度华氏温度。它也不是一个多事的地方。

另一方面,这些相同的特征使它成为一个很好的地方来储存样品,需要保持非常寒冷和不受干扰的时间长达数百年。

建造月球方舟不是一件小事,但是,根据一些“快速、粗略的计算”,Thanga说,这并不像听起来那么势不可当。从670万个物种中每个物种运送大约50个样本需要大约250次火箭发射。建造国际空间站花了40次火箭发射。

Thanga说:“并不是很大。“我们对此感到有点惊讶。”

低温和量子悬浮

这个任务的概念建立在Thanga和他的团队之前提出的另一个项目上,在这个项目中,被称为SphereX的微型飞行和跳跃机器人以小组的形式进入熔岩管。在那里,他们将收集风化层(即灰尘和松散岩石)的样本,并收集有关熔岩管布局、温度和组成的信息。这些信息可以为月球基地的建设提供信息。

该团队的地下方舟的模型包括一套在月球表面上的太阳能电池板,可以提供电力。两个或多个电梯轴将导致进入设施,其中培养皿将容纳在一系列低温保存模块中。额外的货物电梯轴将用于运输施工材料,使得底座可以在熔岩管内部扩展。

Jekan Thanga

Jekan Thanga是亚利桑那大学航空航天和机械工程教授。资料来源:亚利桑那大学

为了低温保存,种子必须冷却到零下180摄氏度(零下292华氏度),而干细胞则必须保存在零下196摄氏度(零下320华氏度)新型冠状病毒肺炎疫苗必须储存在- 70℃,或- 94华氏度。熔岩管非常冷,而样本的温度肯定更低,这意味着基底的金属部分可能会冻结、堵塞甚至冷焊在一起。在地球上,当地面温度达到零下45到零下50摄氏度(零下49到零下58华氏度)时,商业航空公司就会停止工作。

然而,有一种方法可以利用这种极端的温度,即所谓的量子悬浮(见下面的视频)。在这个过程中,一种低温超导体——或者一种像传统电缆那样在不损失任何热量的情况下传输能量的材料——漂浮在一个强大的磁铁上。这两部分以固定的距离锁在一起,所以无论磁铁走到哪里,超导体都会跟着走。

“就像它们被绳子锁在了一个地方,但是是看不见的绳子,”Thanga说。“当你达到低温时,奇怪的事情就会发生。其中一些看起来很神奇,但实际上是建立在我们已经无法理解的、经过实验室测试的物理原理之上的。”

该团队的方舟设计利用这种现象,使样品的架子漂浮在金属表面上,并让机器人在磁性轨道上方的设施中导航。

关于如何建造和操作方舟,还有更多的研究要做,从调查保存下来的种子会如何受到失重的影响,到充实基地与地球通信的计划。

“这些项目让我感到惊讶的是,它们让我觉得我们离成为太空文明越来越近,在不远的将来,人类将在月球和月球上建立基地。火星Álvaro Díaz-Flores Caminero说,他是亚利桑那大学的一名博士生,负责这个项目的热分析工作。“多学科项目之所以困难,是因为它们的复杂性,但我认为,同样的复杂性也是它们的美丽之处。”

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