Một tỷ tấn nước vẫn có thể không đủ cho thành phố trên Mặt Trăng
Băng nước tại các miệng hố vùng cực Mặt Trăng từ lâu đã trở thành cơ sở để các nhà khoa học và kỹ sư nghĩ đến những khu định cư lâu dài thay vì chỉ thực hiện các chuyến thám hiểm ngắn ngày. Nếu có thể khai thác nước ngay tại chỗ, cư dân Mặt Trăng có thể trồng thực phẩm, sử dụng cho các nhu cầu thiết yếu mà không phải vận chuyển toàn bộ nhu yếu phẩm từ Trái Đất.
Tuy nhiên, câu hỏi khó hơn là liệu nguồn nước đó có thể duy trì một cộng đồng ngày càng đông đúc trong nhiều thế hệ hay không.
Một đánh giá sơ bộ về tính khả thi đã xem xét nhu cầu nước và điện của các thành phố trên Mặt Trăng với quy mô 100.000 hoặc 1 triệu người. Kết quả cho thấy ngay cả khi giả định có sẵn một kho dự trữ khổng lồ lên tới 1 tỷ tấn nước, một thành phố không tái chế nước sẽ nhanh chóng sử dụng hết nguồn dự trữ chỉ trong vài năm.
Tình hình sẽ khả quan hơn đáng kể nếu áp dụng công nghệ tái chế nước tương tự Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), nơi có khả năng tái chế khoảng 98% lượng nước sử dụng. Với hiệu suất này, một thành phố 1 triệu dân có thể duy trì kho dự trữ 1 tỷ tấn nước trong hơn một thế kỷ.
Tuy nhiên, tái chế không có nghĩa là không mất nước. Phần nhỏ nước không thể thu hồi sau mỗi chu trình sẽ tiếp tục cộng dồn theo thời gian. Với một thành phố có dân số lên tới hàng triệu người, lượng thất thoát nhỏ đó cuối cùng vẫn trở thành con số rất lớn.
Nguồn nước thực tế của Mặt Trăng có thể ít hơn rất nhiều
Đáng chú ý, các ước tính hiện nay cho rằng tổng lượng nước có thể tiếp cận trên Mặt Trăng chỉ vào khoảng 1/30 con số 1 tỷ tấn được sử dụng trong kịch bản đánh giá nói trên.
Nếu tỷ lệ này chính xác, thời gian trước khi nguồn nước cạn kiệt cũng giảm tương ứng. Ngay cả một thành phố nhỏ cũng có thể sử dụng hết nguồn dự trữ chỉ trong khoảng một thập kỷ.
Tuy nhiên, nếu nguồn nước được phân bổ cho một ngôi làng khoảng 1.000 người hoặc một thị trấn 10.000 người, tài nguyên này có thể đủ dùng trong nhiều thế kỷ hoặc lâu hơn.
Điều đó cho thấy quy mô dân số sẽ là yếu tố then chốt trong tham vọng xây dựng nền văn minh ngoài Trái Đất. Những kế hoạch tương lai đang dần mở rộng từ các căn cứ nghiên cứu nhỏ đến công nghiệp nặng và thậm chí những thành phố hoàn chỉnh trên Mặt Trăng.
Jeff Bezos từng hình dung việc đưa các ngành công nghiệp nặng lên Mặt Trăng, trong khi Elon Musk từng đề xuất ý tưởng xây dựng những “thành phố tự phát triển” tại đây. Nhưng để những viễn cảnh đó trở thành hiện thực, nhân loại sẽ phải tìm thêm nguồn nước hoặc khiến lượng nước hiện có được sử dụng hiệu quả hơn rất nhiều.
Miệng hố băng giá và những vành miệng hố ngập ánh sáng
Lý do vùng cực Mặt Trăng hấp dẫn đối với các nhà quy hoạch khu định cư là tại đây tồn tại sự kết hợp hiếm có giữa nguồn nước và nguồn năng lượng.
Ở sâu bên trong một số miệng hố, băng nước được bảo vệ khỏi ánh sáng Mặt Trời. Trong khi đó, các vành miệng hố ở phía trên lại có thể được chiếu sáng gần như liên tục. Về lý thuyết, một khu định cư có thể khai thác băng nước ở bên dưới đồng thời sử dụng ánh sáng Mặt Trời để sản xuất điện ở phía trên.
Đặc điểm này bắt nguồn từ lịch sử hình thành đầy va chạm của Mặt Trăng. Trong giai đoạn đầu sau khi hình thành, bề mặt Mặt Trăng liên tục hứng chịu các vụ va chạm với tiểu hành tinh, tạo nên vô số miệng hố. Một số thiên thể va chạm cũng có thể đã mang nước đến Mặt Trăng.
Tại các vùng cực, hàng chục đáy miệng hố đã trải qua khoảng 4 tỷ năm mà không nhận được ánh sáng Mặt Trời trực tiếp.
Nhiều khu vực được gọi là “hố tối vĩnh viễn” này có nhiệt độ khoảng -163 độ C. Ở mức nhiệt cực thấp như vậy, chúng hoạt động giống những “bẫy lạnh”, giúp bảo tồn băng nước trong thời gian cực dài.
Ngay cả trong môi trường chân không trên bề mặt Mặt Trăng, băng tại đây chỉ mất tối đa khoảng 1mm độ dày trong một tỷ năm do quá trình thăng hoa, tức chuyển trực tiếp từ trạng thái rắn sang hơi mà không trải qua trạng thái lỏng.
Kể từ năm 2013, hàng loạt tàu vũ trụ hoạt động trên quỹ đạo Mặt Trăng đã cung cấp thêm bằng chứng cho thấy nước vẫn tồn tại tại các vùng cực, đồng thời giúp lập bản đồ ngày càng chi tiết về vị trí có khả năng chứa băng. Triển vọng khai thác nguồn tài nguyên này đã thúc đẩy cuộc chạy đua xây dựng các khu định cư gần vùng cực.
Nếu những miệng hố tối là nơi lưu giữ nước, các vành miệng hố được chiếu sáng lâu dài lại có thể trở thành nguồn năng lượng lý tưởng.
Một số khu vực thường được gọi là “đỉnh ánh sáng vĩnh cửu” vì nhận được ánh sáng Mặt Trời gần như liên tục. Dù tên gọi này có phần cường điệu, những vị trí này thực sự có lợi thế lớn cho việc sản xuất điện mặt trời.
Theo một số tính toán, những tòa tháp cao khoảng 1km, được phủ các tấm pin Mặt Trời và xây dựng dọc theo các vành miệng hố sáng, có thể tạo ra khoảng 3 gigawatt điện.
Mặt Trăng cũng được cho là có lượng silicon đáng kể, mở ra khả năng sản xuất pin Mặt Trời ngay tại chỗ thay vì phải vận chuyển toàn bộ thiết bị từ Trái Đất.
Nguồn điện dồi dào từ những khu vực được chiếu sáng liên tục thậm chí có thể phục vụ các trung tâm dữ liệu AI đặt gần khu định cư. Khi đó, hoạt động kinh tế trên Mặt Trăng không chỉ giới hạn ở khai thác tài nguyên mà còn có thể mở rộng sang các ngành công nghiệp và dịch vụ sử dụng nhiều năng lượng.
Trong đánh giá về tính khả thi, việc cung cấp điện cho cộng đồng Mặt Trăng dường như là bài toán dễ giải quyết hơn so với việc bảo đảm đủ nước cho một dân số lớn.
Nguồn nước lớn hơn có thể đang nằm sâu dưới lòng đất
Một giải pháp để kéo dài tuổi thọ nguồn nước là giảm lượng thất thoát trong quá trình tái chế xuống ít nhất 5 lần. Một hướng khác là giảm nhu cầu sử dụng nước thông qua những công nghệ như nông nghiệp thẳng đứng, trong đó cây trồng được bố trí thành nhiều tầng để tiết kiệm không gian và tài nguyên.
Nhập khẩu nước từ bên ngoài Mặt Trăng, có thể từ những tiểu hành tinh dễ tiếp cận, cũng là một khả năng được tính đến.
Tuy nhiên, việc tìm kiếm thêm nước ngay trên Mặt Trăng có thể là hướng đi nhiều triển vọng hơn. Các cuộc khảo sát hiện nay mới chỉ có thể tiếp cận một phần rất nông của lớp vật chất trên bề mặt.
Lớp regolith của Mặt Trăng, gồm đất đá vụn và vật chất giống đất bao phủ bề mặt, thường có thể kéo dài xuống độ sâu hàng chục mét. Trong những “bẫy lạnh” tại vùng cực, phần vật chất nằm sâu hơn có thể vẫn chứa nước mà các thiết bị hiện nay chưa thể đo đạc hoặc tiếp cận.
Điều này có nghĩa là những gì con người biết về trữ lượng nước của Mặt Trăng có thể mới chỉ là phần nổi của vấn đề. Nếu các lớp sâu hơn thực sự chứa lượng băng đáng kể, bài toán nước cho các căn cứ và thành phố tương lai có thể thay đổi hoàn toàn.
(Theo SciTechDaily, LiveScience, Earthsky)
Phát hiện hành tinh 'quay ngược' quanh ngôi sao chủ, hé lộ bí ẩn chưa từng thấyMột hành tinh có kích thước tương đương sao Hải Vương đang chuyển động quanh ngôi sao chủ theo hướng hoàn toàn ngược với chiều quay của ngôi sao. Bí ẩn khiến các nhà khoa học đau đầu.
.svg){kind=icon}
