我们可以在月球上的洞穴里生活。那会是什么样的？

1902 年的无声电影《月球之旅》通常被认为是世界上第一部科幻电影。在大约十二分钟的超现实主义电影中，一群打扮得像巫师的“天文学家”登上了月球，他们挤进一枚巨大的炮弹，用一门巨大的大炮发射炮弹。

宇航员们在目的地紧急降落后，进入了一个长满蘑菇的洞穴。他们被月球上的昆虫人抓获，并被带到更深的地下——月球居民国王的宫廷。但他们逃脱了，匆忙回到地球，在此过程中绑架了一名昆虫人，然后坠入海中。

当然，我们不会直接将人类发射到月球上（或者至少不会直接发射）。月球表面下也没有生物在等着我们进行第一次接触。但那次旅行至少有一个方面是正确的：月球上有洞穴。

我们对它们还了解不多，但我们已经知道得足够多了，足以让它们成为未来太空探索者们的有力目标。事实上，有一天，月球洞穴可能会成为我们的家。它们可能为我们提供一个避难所，让我们免受恶劣天气的侵袭，否则这些恶劣天气会毁掉月球表面的居民。任务规划人员已经在策划在我们的古老兄弟月球上寻找住所的探险活动。

如果我们要住在月球洞穴里，我们最好了解我们的家园。许多地球洞穴都是由侵蚀形成的，而在没有空气或流水的月球上，侵蚀是行不通的。相反，月球洞穴是由火山形成的。

当炽热的熔岩喷发到温度低得多的地表时，首先冷却的是外部。当熔岩流的外部变硬时，内部会保持熔融状态，就像火成泡芙的馅料一样。或者，炽热的熔岩会侵蚀周围的岩石，形成隧道。无论哪种方式，当剩余的熔岩流走时，都会留下一个空洞通道。科学家将由此形成的洞穴称为熔岩管。

你可以在地球上的火山地貌中找到熔岩管，比如冰岛、济州岛和东非大裂谷。大多数熔岩管长度最多为一两英里，但并非全部。夏威夷大岛上的 Kazumura 洞穴至少有 40 英里长，部分地方宽度超过 65 英尺。澳大利亚昆士兰州的一些 Undara 熔岩管蜿蜒超过 100 英里。

但当月球火山活跃时，它们会遵循不同的规则。“月球是一个极端的环境，”布法罗大学的火山学家 Tracy KP Gregg 说。“如果我们把 [一座火山] 扔到月球上，我们会看到不同的东西……只是因为这种极端的环境。”

在长达两周的月夜中，喷发到低温环境中的熔岩会冷却得更快，这有助于熔岩管的形成。月球熔岩通常比地球熔岩流动性更强，因此流动速度更快。

月球和地球之间的其他差异也使月球洞穴与地球洞穴截然不同。例如，月球的引力只有地球的六分之一，这意味着月球表面的物体结构不同，因为它们不必承受相同的引力。月球洞穴也可能由比地球更坚固的建筑材料构成，因为许多月球岩石可以不受侵蚀。

“月球上没有水，”布朗大学科学计算协调员戴维·布莱尔说。“月球上没有海洋……也没有河流……也没有雨水。因此，[月球]岩石在更长的时间内保持更坚固、更完整。”

综合起来，这些因素可能意味着月球熔岩管甚至可能比地球上最大的熔岩管还要大。布莱尔在普渡大学读研究生时，曾计算过它们理论上可以有多大。他的研究表明，月球熔岩管的直径可能约为 3 英里——宽度足以容纳整个曼哈顿岛。

布莱尔的工作表明，即使在阿波罗任务完成半个世纪后，我们仍然对月球熔岩管的作用知之甚少。

“70 年代曾有人做出过一些有根据的猜测……但这些猜测是基于对月球材料的过时认识，”布莱尔说。“尽管如此，人们几十年来一直在引用这些数字。”

不过，科学家还是能看到可能是熔岩管留下的痕迹。例如，月球表面布满了蜿蜒曲折的沟渠，科学家称之为蜿蜒的沟壑。（1971 年，阿波罗 15 号降落在一条蜿蜒的沟壑中。）乍一看，它们可能看起来像河床，蜿蜒数百英里——但同样，那里没有水。

目前科学界尚未就蜿蜒的沟壑是如何形成的达成共识，但有一种理论认为，它们最初是熔岩管，一段时间后顶部坍塌，变成了水道。如果这是真的，那么观测结果确实支持了这一理论。“如果你相信蜿蜒的沟壑是坍塌的熔岩管，那么它们比地球上的熔岩管更长更宽，”格雷格说。

正是由于辉夜姬号航天器，科学家们才找到了更确凿的证据。辉夜姬号是一个形状怪异的长方体，正式名称为月球工程探测器（SELENE），由日本宇宙航空研究开发机构于 2007 年发射，用于测量月球的引力场并观察其表面。辉夜姬号的其中一台相机拍到了一个不寻常的洞，大小与波音 747 飞机相当。

从阴影的角度看，科学家认为这个洞的深度大于宽度，这在很大程度上排除了它是一个撞击坑的可能性。尽管这个洞位于一个有着火山历史的土地上，但它缺乏火山灰或熔岩流，而这些都标志着火山喷发。

这就留下了另一个有趣的可能性：如果这个洞实际上是洞穴的天窗，是由洞穴顶部坍塌形成的，那会怎样？

科学家很快接受了最后一种想法。“我认为 [熔岩管] 界的每个人都认同这种观点，即这些塌陷坑……是地下熔岩管的表面表现，”格雷格说。

美国宇航局的月球勘测轨道器 (LRO) 不仅在 2011 年重新探访了该洞，还发现了其他一些洞的证据。研究人员现在已经发现了至少十几个这样的坑。在 LRO 发现几年后，GRAIL 任务在月球重力场中发现了至少十个细微的凹陷。研究人员认为它们是地下洞穴的指纹，宽度超过半英里。这意味着它们是熔岩管，而且确实比地球上的任何熔岩管都要大得多。

但科学家尚未看到月球熔岩管内部的图像，在此之前，他们无法完全确定自己能做什么。“熔岩管有多大、多长、多宽——这些都不清楚，”德国不来梅雅各布大学的地质学家 Angelo Pio Rossi 说。

然而，仅仅因为我们对它们了解不多，并不意味着我们还没有准备好深入研究它们。利用月球熔岩管作为人类栖息地的想法并不新鲜；它至少从 20 世纪 80 年代就出现了，这也是科学家们最初想要寻找熔岩管的一个重要原因。

但现在人类正在重返月球——如果一切按计划进行，他们将永久重返月球——人们对这个想法产生了新的兴趣。

从表面上看，住在地下确实很诱人。如果你想住在月球表面，你就必须应对太空中各种各样的危险。你将面临小流星体的不断轰击，这些流星体如果没有大气层也不会燃烧殆尽。月球也没有足够强大的磁层来过滤掉大部分辐射。而且那里的温度在白天足以将水煮沸，而在晚上则降至低温。

另一方面，如果你想住在洞穴里，你会有内置的保护措施来避免一些危险。在熔岩管中，由于你的头上有一层岩石，你可以免受太空岩石和电离太空射线的伤害。而且由于你远离了不断变化的阳光和阴影，你几乎不必担心剧烈的温度波动。

生活在地下还可能使月球居民更容易接触到地下冰层，这是一种宝贵的水源。很难低估这将使月球生活变得多么容易；你不必担心从地球运输重要水源的昂贵费用。

但是，我们无法确定月球洞穴的真实情况。我们从未见过洞穴内部。那么，除了确保温度和辐射水平足够安全之外，我们还需要知道什么呢？

“这有点像买房子，”格雷格说。“你不想买一栋即将倒塌的房子。或者说，如果你买了，你会在知道这一点后买下这栋房子，先修好它，然后再搬进去。”

首先，她说，你自然会想确保你的家是稳固的。如果在山洞里建房会导致碎石掉到你头上，那么住在山洞里就没什么好处了。地球上的熔岩管往往有薄而脆弱的屋顶。理论上，月球上的熔岩管可能更笨重、更不易碎，但我们还不能确定，而且每个熔岩管都不一样。

另一方面，即使你停留的时间很短，你也要确保自己有足够的空间舒适地生活。“如果没有人能站直，你就不会派很多宇航员去那里生活两个月，”格雷格说。同样，理论上存在足够大的月球洞穴，但我们还没有对一个进行过任何测量。

但如果你能满足这些要求——就我们目前所知，没有迹象表明你不能——那么你就成功了。“如果你能找到合适的管道系统，我认为它们会成为人们居住的便捷场所，”格雷格说。“这是月球上的预制房屋。”

我们还不知道是否存在合适的管道系统，但在寻找月球地下家园之前，我们可以利用下一个最佳工具：机器人。事实上，探索这样的洞穴“是 NASA 的下一个前沿领域之一”，喷气推进实验室 (JPL) 研究员 Ali Agha 说。在过去十年中，任务规划人员提出了许多自主探索熔岩管的想法。

但规划这样的地下任务需要克服一些后勤障碍，这是太空探索者以前很少遇到的。你如何与不在地表上的物体进行通信？你如何为阳光无法照射到的探测器供电？你如何真正到达那里？

2019 年，欧洲航天局 (ESA) 发出征集提案的通知，洞穴探索工作因此向前迈进了一大步。五个不同的小组向 ESA 提交了计划，每个小组都用不同的想法来解决这些问题——系留探测车、机器人群、重力测量仪。ESA 现在将这五个小组缩小到两个，他们目前正在进行一项更高级的研究，这两个小组分别致力于一项任务的不同方面。

一个小组专注于研究如何进入熔岩管。他们的解决方案是使用起重机，将其支撑在天窗的边缘，以便将探测车放入洞穴。连接电缆可以兼作与探测车的连接，为其提供电力，并使其与地面和地球外部进行通信。

从来没有人把起重机放到月球上，而且在重力较低和没有大气层的情况下，起重机的运行方式会有所不同。但除了这次任务之外，建造起重机还有其他理由。起重机小组成员、西班牙加利西亚维哥大学机械工程教授费尔明·纳瓦罗 (Fermín Navarro) 表示，这种建筑技术对于建设未来的人类基地至关重要。

这辆名为 DAEDALUS 的火星车属于第二组，他们将 DAEDALUS 设想为球体。从未有球形火星车出现在其他星球上，但这种形状特别适合探索洞穴。球形火星车可以看到所有方向，包括它下方，而不会被自身挡住。

“我们很快就达成了基本共识，那就是设计一些机器人元件，使其能够在月球车下降到月球坑并在月球地面上时正常工作，而不必牺牲月球车巨大腹部的可视性，”月球车小组成员、地质学家罗西说。

当 DAEDALUS 穿过天窗下降时，它将开始拍摄周围环境。这不仅能让科学家一窥月球地下世界，还能告诉他们洞穴壁的稳定性以及里面有什么材料。探测车将使用激光雷达扫描洞穴，即使在黑暗中也能绘制洞穴地图并确定其空间大小。DAEDALUS 将携带传感器来测量温度和辐射。

重要的是，这只是一项概念研究。研究结果距离发射还有很长的路要走。第一个障碍是：几周后，欧空局将根据其对月球的长期计划决定这一概念是否值得继续推进。“如果可行，我们将继续，”纳瓦罗说。如果一切顺利，欧空局的这项任务可能会在 2030 年代初发射。

在此之前，地质学家可以估算出我们在地球上观察熔岩管可能得到什么。通过访问这些类似物，科学家不仅可以更多地了解熔岩管的一般情况——它们是如何形成和生长的——还可以测试他们有朝一日可能在其他星球上使用的设备。他们可以练习在狭窄和扭曲的环境中导航机器人，或者尝试在远离天空的地方为探测车供电并与其通信。

例如，DAEDALUS 团队之前曾在加那利群岛的兰萨罗特岛工作过。罗西说，那里的洞穴非常适合模拟月球熔岩管，因为那里的火山非常年轻，洞穴中没有太多土壤或植被。

在地球的另一边，机器人也在加州熔岩床国家纪念碑的熔岩管中穿行，研究其中的生命迹象，这是 NASA 的 BRAILLE 项目的一部分。在这里试用的机器人以 Team CoSTAR 的工作为基础，这是一个由 JPL 的科学家和工程师组成的国际团队。

“我们有机会测试多种类型的机器人——轮式、空中、履带式，”CoSTAR 团队负责人阿加 (Agha) 说道。

该团队成立的目的是参加 DARPA SubT 挑战赛，这是一项正在进行的比赛，机器人在模拟的地下环境中导航，例如隧道、地下城市，甚至是洞穴。但他们的希望远远超出了地球大气层，他们希望将通过挑战赛学到的知识应用到未来在其他星球上的任务中。

尤其是，CoSTAR 团队的努力重点是自主性和人工智能。他们的技术也许有一天可以让未来的洞穴机器人自己做决定，而无需依赖地面控制。这是有道理的：如果你的探测车位于一个难以到达的地方，为什么不让探测车自己完成部分工作呢？

据美国宇航局艾姆斯研究中心研究员、BRAILLE 项目负责人詹妮弗·布兰克 (Jennifer Blank) 介绍，探测车很快就能自行绘制和探索洞穴。它们还可以挑选自己感兴趣的地点，例如冰层沉积物或有希望的栖息地。

有些人甚至走得更远，为洞穴生活做准备。在冰岛，一群学生希望建造一个模拟月球熔岩管栖息地。欧空局运行着一个名为“CAVES”的项目，该项目在洞穴内训练来自世界各地的宇航员。CAVES 可以为宇航员带来多种好处——狭窄的空间和孤立的隧道可以让宇航员为在国际空间站长期停留做好准备。

人们想要探索的不仅仅是月球洞穴——毕竟，熔岩管并不局限于月球。类似的洞穴可能存在于水星、木星的卫星木卫一以及任何其他拥有与地球类似的熔岩的星球上。熔岩管肯定存在于火星上，也曾被提议作为人类的栖息地。这些洞穴甚至可能是火星生命的庇护所——现在可能仍然是火星生命的居所。事实上，这颗红色星球是 CoSTAR 团队和 BRAILLE 的最终目标。

但就目前而言，月球是我们的下一个目标——尽管月球洞穴的深处确实很浑浊，但随着时间的流逝，我们会越来越清晰地看到它们。