Khoáng sản trên Mặt trăng: lý thuyết, dự án khai thác, thành phần đất và mức độ phát triển công nghệ cần thiết

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:41

Mặt trăng là một vệ tinh tự nhiên của Trái đất. Nửa thế kỷ trước, con người lần đầu tiên đặt chân lên bề mặt của nó. Kể từ đó, các cơ hội thực sự đã xuất hiện cho các nghiên cứu khoa học trực tiếp về bề mặt và bên trong của thiên thể này. Có khoáng chất trên mặt trăng không? Những tài nguyên này là gì và chúng có thể được khai thác không? Bạn sẽ tìm thấy câu trả lời cho những câu hỏi này trong bài viết của chúng tôi.

Mặt trăng và cấu trúc bên trong của nó

Hành tinh của chúng ta chỉ có một vệ tinh tự nhiên - Mặt trăng. Nó là vệ tinh gần Mặt trời nhất trong toàn bộ hệ Mặt trời. Mặt trăng ở khoảng cách 384.000 km so với Trái đất. Bán kính xích đạo của nó là 1.738 km, gần tương ứng với bán kính Trái đất 0,27.

Trước khi nói về khoáng chất trên Mặt Trăng, bạn nên mô tả cấu trúc bên trong của thiên thể này càng chi tiết càng tốt. Vậy các nhà khoa học ngày nay biết gì?

Giống như hành tinh Trái đất, Mặt trăng bao gồm lõi, lớp phủ và lớp vỏ bên ngoài. Lõi mặt trăng tương đối nhỏ (đường kính chỉ 350 km). Nó chứa nhiều sắt lỏng, ngoài ra còn có tạp chất niken, lưu huỳnh và một số nguyên tố khác. Bao quanh lõi là một lớp vật chất nóng chảy một phần là kết quả của sự kết tinh của magma khoảng 4 tỷ năm trước (ngay sau khi Mặt Trăng hình thành).

Độ dày của lớp vỏ Mặt Trăng thay đổi từ 10 đến 105 km. Hơn nữa, độ dày của nó nhỏ hơn đáng kể ở mặt bên của vệ tinh đối diện với Trái đất. Trên toàn cầu, có thể phân biệt hai khu vực trong bức vẽ mặt trăng: lục địa miền núi và hạ thấp - cái gọi là biển mặt trăng. Những cái sau không khác gì những miệng núi lửa khổng lồ được hình thành do sự bắn phá bề mặt của Mặt Trăng bởi các tiểu hành tinh và thiên thạch.

Bề mặt của Mặt trăng

Chúng ta đã quen với việc nhận ra rằng dưới chân chúng ta có một tầng đá trầm tích dài nhiều mét - đá vôi, đá cát, đất sét. Nhưng mặt trăng không phải là trái đất. Ở đây mọi thứ được sắp xếp khác nhau, và đơn giản là không có đá nào có nguồn gốc trầm tích và không thể có. Toàn bộ bề mặt vệ tinh của chúng ta được bao phủ bởi regolith hoặc "đất mặt trăng". Đây là hỗn hợp của vật liệu vụn mịn và bụi mịn, được hình thành do bị thiên thạch bắn phá liên tục.

Độ dày của lớp regolith của Mặt trăng có thể lên tới vài chục mét. Và ở một số khu vực trên bề mặt, nó không vượt quá hai cm. Bề ngoài, lớp này giống như một tấm chăn bụi màu nâu xám. Nhân tiện, bản thân tôiThuật ngữ "regolith" bắt nguồn từ hai từ Hy Lạp: "lithos" (đá) và "rheos" (chăn). Thật kỳ lạ, mùi regolith khiến các phi hành gia nhớ đến cà phê bị cháy.

Cần lưu ý rằng chi phí vận chuyển một kg vật chất từ mặt trăng ước tính khoảng 40 nghìn đô la. Tuy nhiên, tổng cộng, người Mỹ đã chuyển hơn 300 kg regolith tới Trái đất từ các phần khác nhau của bề mặt vệ tinh. Điều này cho phép các nhà khoa học tiến hành phân tích kỹ lưỡng đất mặt trăng.

Hóa ra, regolith lỏng lẻo và khá không đồng nhất. Đồng thời, nó kết dính với nhau thành cục, điều này được giải thích là do không có màng oxit. Ở lớp trên của regolith (không sâu hơn 60 cm), các hạt có kích thước lên đến một milimét chiếm ưu thế. Đất mặt trăng hoàn toàn mất nước. Nó dựa trên đá bazan và plagioclases, có thành phần gần như tương tự với Trái đất.

Vậy, có khoáng chất nào trên Mặt trăng dưới lớp regolith không? Bạn sẽ tìm hiểu thêm về điều này sau trong bài viết của chúng tôi.

Khoáng chất trên Mặt trăng: danh sách đầy đủ

Đừng quên rằng Trái đất và Mặt trăng trên thực tế là chị em cùng cha khác mẹ. Do đó, không có khả năng ruột của vệ tinh duy nhất của chúng ta che giấu bất kỳ cảm giác khoáng chất nào. Nhưng vẫn còn, những khoáng chất nào có trên mặt trăng? Hãy tìm ra nó.

Dầu mỏ, than đá, khí đốt tự nhiên … Những tài nguyên khoáng sản này không và không thể tồn tại trên Mặt Trăng, vì chúng đều có nguồn gốc sinh học. Vì không có khí quyển hoặc sự sống hữu cơ trên vệ tinh của chúng ta, sự hình thành của chúngđơn giản là không thể.

Tuy nhiên, nhiều kim loại khác nhau nằm trong ruột của mặt trăng. Trong đó, sắt, nhôm, titan, thori, crom, magie. Thành phần của regolith mặt trăng cũng chứa kali, natri, silic và phốt pho. Với sự trợ giúp của trạm liên hành tinh tự động Lunar Pros Inspector, được đưa vào hoạt động vào năm 1998, người ta cũng có thể xác định vị trí của một kim loại cụ thể trên bề mặt Mặt Trăng. Vì vậy, ví dụ, một bản đồ về sự phân bố của thorium trên mặt trăng trông giống như:

Nói chung, tất cả các loại đá và khoáng chất trên Mặt Trăng có thể được chia thành ba nhóm:

1. Bazan của biển mặt trăng (pyroxene, plagioclase, ilmenite, olivin).
2. KREEP-đá (kali, phốt pho, các nguyên tố đất hiếm).
3. ANT-stone (đá norite, troctolite, anorthosite).

Trong số những thứ khác, trữ lượng nước đáng kể ở dạng băng cũng đã được phát hiện trên Mặt Trăng (tổng cộng khoảng 1,6 tỷ tấn).

Helium-3

Có lẽ chính và hứa hẹn nhất về sự phát triển của các hóa thạch trên mặt trăng là đồng vị helium-3. Người Trái đất coi nó như một loại nhiên liệu nhiệt hạch có thể có. Do đó, theo nhà du hành người Mỹ Garrison Schmidt, việc khai thác đồng vị nhẹ này của heli trong tương lai gần sẽ có thể giải quyết vấn đề khủng hoảng năng lượng trên Trái đất.

Helium-3 thường được coi là "nhiên liệu của tương lai" trong giới khoa học. Trên trái đất, nó cực kỳ hiếm. Tất cả trữ lượng của đồng vị này trên hành tinh của chúng ta được các nhà khoa học ước tính không quá một tấn. Dựa trên điều này, giá của một gam chất tương đương với một nghìn đô la. Tuy nhiên, một gamheli-3 có thể thay thế tới 15 tấn dầu.

Cần lưu ý rằng sẽ không dễ dàng thiết lập quá trình chiết xuất heli-3 trên bề mặt của mặt trăng. Vấn đề là một tấn regolith chỉ chứa 10 mg nhiên liệu có giá trị. Đó là, để phát triển nguồn tài nguyên này trên bề mặt vệ tinh của chúng ta, cần phải xây dựng một khu liên hợp khai thác và chế biến thực sự. Rõ ràng, điều này là không khả thi trong những thập kỷ tới.

Dự án khai thác mặt trăng

Nhân loại đã và đang suy nghĩ nghiêm túc về việc thuộc địa của mặt trăng, và phát triển các nguồn tài nguyên khoáng sản của nó. Việc khai thác lý thuyết trên mặt trăng là hoàn toàn có thể. Nhưng trên thực tế, điều này rất khó thực hiện. Thật vậy, đối với điều này, trên bề mặt vệ tinh của chúng ta, cần phải tạo ra một cơ sở hạ tầng công nghiệp thích hợp. Hơn nữa, mọi thứ bạn cần sẽ phải được mang từ Trái đất - vật liệu, nước, nhiên liệu, thiết bị, v.v.

Tuy nhiên, một số dự án nhất định đã được phát triển. Do đó, công ty Mỹ SEC đang có kế hoạch tham gia nghiêm túc vào việc khai thác băng Mặt Trăng và sản xuất nhiên liệu cho tàu vũ trụ dựa trên nó. Đối với điều này, nó được lên kế hoạch sử dụng cả người máy và người sống. Vào cuối năm 2017, NASA đã thông báo về việc chấp nhận các ứng dụng với các đề xuất công nghệ để khai thác tài nguyên từ các vật thể không gian. Các chuyên gia của bộ phận này hy vọng rằng việc khai thác sẽ trở thành hiện thực vào năm 2025.

Nhưng Trung Quốc rất quan tâm đến các nguyên tố đất hiếm có trong lớp vỏ Mặt Trăng. Để học tập và thành thạovề nguồn tài nguyên này, đất nước có kế hoạch thành lập một cơ sở nghiên cứu đặc biệt trên mặt trăng. Liên bang Nga không bị tụt hậu so với các cường quốc hàng đầu về không gian. Đến năm 2025, Roscosmos có kế hoạch tạo ra một loạt robot để khai thác trên Mặt trăng.

Cuối cùng…

Không có khoáng chất nào trên Mặt Trăng. Ít nhất là trong sự hiểu biết của chúng ta, ở trần thế, về thuật ngữ này. Tuy nhiên, một số kim loại đã được tìm thấy trong lớp vỏ Mặt Trăng, đặc biệt là trong regolith. Trong số đó có sắt, nhôm, titan, thori, crom, magiê và những loại khác. Về mặt lý thuyết, việc khai thác tài nguyên khoáng sản trên bề mặt Mặt trăng là có thể thực hiện được, nhưng trên thực tế thì chưa khả thi.