Článek
A co všechno nám ohledně nerostných surovin je schopen Měsíc nabídnout? Zabýval se tím např. i web Popular Science.
Je každopádně zřejmé, že musíme rozlišovat těžbu surovin určených jen pro „místní potřebu“, např. pro budování měsíčních kolonií a lokálního průmyslu nebo pro budování infrastruktury v blízkém okolí Měsíce, a těžbu surovin, využitelných i kdekoliv jinde, např. na planetě Zemi.
Takový dovoz surovin z Měsíce by ale byl celkem drahý a vyplatilo by se na takovou dálku dovážet jen opravdu mimořádné a cenné suroviny, které např. na Zemi nemáme. Co tedy můžeme v tomto smyslu na Měsíci najít?
Krok ke kolonizaci? Indický rover Moudrost může na lunárním povrchu najít zmrzlou vodu
Měsíc je podle odborného článku převážně složen ze silikátových minerálů, které hojně obsahují křemík. Typický je plagioklasový živec (obvykle anortit), dále se zde vyskytuje značné množství pyroxenů a olivínů. Tyto tři minerální skupiny tvoří společně naprostou většinu krystalického materiálu v horninách a regolitu. Měsíční regolit je směsí prachu, kamení a dalších materiálů na povrchu Měsíce, lze jej potenciálně využít pro výrobu stavebního materiálu nebo skla a keramiky.
Odlišnosti geologického složení Měsíce a Země
Geologická stavba a geologické složení Země a Měsíce se navzájem poněkud liší. Průměrná hustota Země činí přibližně 5,52 gramu na centimetr krychlový, zatímco průměrná hustota Měsíce činí asi jen 3,34 g/cm3. Měsíc má tedy citelně nižší průměrnou hustotu než Země, což je mj. způsobeno tím, že Měsíc nemá ani zdaleka tak velké a husté jádro jako Země.
Jeho materiál se skládá převážně z typů hornin, které jsou méně husté než kovové jádro Země. Na Měsíci najdeme trochu jiné typické nerosty než na Zemi a také nižší obsah těžkých kovů.
Nižší průměrná hustota Měsíce také odpovídá dnes obecně přijímané teorii o vzniku Měsíce – tato teorie předpokládá, že Měsíc vznikl v důsledku kolize mezi mladou Zemí a jiným velkým tělesem zhruba o velikosti Marsu, které je někdy nazýváno Theia. Tato kolize byla tak silná, že vedla k vytvoření Měsíce. Při kolizi byly totiž vnější vrstvy hmoty z obou těles (většinou s relativně menší hustotou) vymrštěny do vesmíru, kde se postupně seskupily a vytvořily dnešní Měsíc.
Voda, zdroj života a také kyslíku a vodíku
Měsíční kolonisté budou především potřebovat kyslík k dýchání, dále palivo a okysličovadlo pro své rakety a také pro palivové články k výrobě energie. To vše jim může poskytnout fotovoltaickými články poháněná elektrolýza vody, která se na Měsíci vyskytuje např. ve formě ledu v okolí jižního pólu.
Vědci objevili vodní led v řadě chladných, trvale zastíněných kráterů okolo měsíčních pólů. Oblast kolem jižního měsíčního pólu přichází v úvahu i pro přistání astronautů v rámci amerického pilotovaného programu Artemis.
Na řadě dalších míst je voda zřejmě vázána v některých minerálech. Vodu budou kolonisté pochopitelně potřebovat i k pití a zavlažování pěstovaných zemědělských plodin.
NASA hodlá v roce 2032 začít těžit suroviny z Měsíce
Díky měření družice NASA jménem Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) se odborníci domnívají, že kolem měsíčních pólů je k dispozici více než 600 miliard kilogramů vodního ledu.
Voda je sem průběžně dodávána díky pravidelným dopadům komet, asteroidů a meteoritů obsahujících vodu. Také může vznikat na místě, když vodíkové ionty (protony) slunečního větru dopadají na minerály obsahující kyslík.
| Téměř všudypřítomný křemík | |||
|---|---|---|---|
| Budoucí měsíční osadníci by jej mohli těžit z běžných měsíčních hornin a pak z něj vyrábět polovodiče, např. pro tvorbu solárních panelů, které budou napájet jejich základny. Křemík tvoří 20 procent měsíčního prachu a také podstatnou část nejčastějších měsíčních hornin. Suroviny jako čedič, železo, křemen a křemík by také mohly být použity pro stavbu měsíčních základen. |
| Kovy vzácných zemin | |||
|---|---|---|---|
| Jde o 17 vysoce vodivých kovů používaných v rámci vyspělých technologií (např. scandium, yttrium). Jsou potřeba např. pro výrobu hybridních automobilových baterií, počítačů, lékařských zařízení, různých elektronických zařízení jako radarových systémů či chytrých telefonů. Používají se i v motorech vozidel, při výrobě skla nebo keramiky. Na Zemi je po nich vysoká poptávka. | |||
| Kupříkladu v chladných tmavých kráterech u jižního pólu Měsíce (Shackleton, Shoemaker, de Gerlache a Haworth) by jich mohlo být ukryto velké množství. |
| Titan – lehký kov pro dopravní prostředky i stavby | |||
|---|---|---|---|
| Silný a lehký kov titan je hojný v čedičích měsíčních moří, tvoří zde až osm procent měsíčního prachu. Je obsažen hlavně v minerálu jménem ilmenitu, který obsahuje také železo a kyslík, takže jeho zpracování otevře i další možnosti. I železo by mohlo být použito při výrobě stavebních komponent pro výstavbu budov na Měsíci. Vědci zde také objevili titanovou rudu, která je desetkrát bohatší než ta, která se nachází na Zemi. |
| Aluminium a další prvky | |||
|---|---|---|---|
| Lunární vysočiny, což jsou opticky bělejší oblasti, na rozdíl od tmavých čedičových měsíčních moří, jsou často vyplněny hliníkem, lehkým a pevným materiálem používaným v budovách, letadlech a mnoha dalších zařízeních. Kov tvoří asi 10 až 18 procent regolitu v těchto světlých místech. Na Měsíci lze někde najít i další prvky, jako např. hořčík, vápník, mangan a síru. |
Síra, vápník, kyslík, železo. Indické vozítko odhaluje prvky na povrchu Měsíce
Kterou surovinu využijeme i na Zemi?
Doslova svatým grálem energetiky na Zemi i ve vesmíru je helium-3, a to jako surovina pro termonukleární fúzi. Vzácný izotop lehkého prvku helium zvaný helium-3 (He-3) má v jádře o jeden neutron méně než běžný izotop helium-4, celkem tedy jeho jádro obsahuje dva protony a jeden neutron. Helium-3 se nachází v poměrně významném množství ve svrchních vrstvách měsíčních hornin, kam se dostává díky na povrch Měsíce neustále dopadajícím částicím tzv. slunečního větru.
Jádra helia-3 totiž tvoří součást těchto nabitých částic, které neustále vylétávají ze Slunce. Protože Měsíc nemá atmosféru, částice slunečního větru proniknou až na povrch Měsíce, kde se zachytí v povrchových horninách, měsíčním regolitu. Vědci zde odhadují typickou koncentraci helia-3 ve výši 20 částic He-3 na miliardu částic povrchového materiálu. Případná těžba helia-3 by však přesto byla velmi technicky náročná.
Moon mining gains momentum as private companies plan for a lunar economy https://t.co/bTVyuRzLvk pic.twitter.com/Xwcns6Yfls
— SPACE.com (@SPACEdotcom) July 30, 2023
Důležitou vlastností helia-3 je možnost jej teoreticky využít v pokročilém typu termonukleární reakce, kdy dochází ke slučování jádra helia-3 a těžkého vodíku (deuteria), který má naopak v jádře jeden neutron navíc. Výsledkem je jádro „normálního“ helia-4 a odlétající proton, tedy jádro obyčejného lehkého vodíku. Tato reakce produkuje obrovské množství energie, ale vyžaduje extrémně vysoké teploty v plazmatu uvnitř termonukleárního reaktoru, což ji činí velmi obtížně realizovatelnou.
Jsou potřeba teploty mnohem vyšší než v nitru Slunce
Zatímco běžnější termonukleární reakce, kdy se srážejí dvě různá jádra těžkého vodíku (izotopy deuterium a tritium) probíhá např. v nitru Slunce za teploty kolem 15 milionů stupňů Celsia, reakce helia-3 s deuteriem vyžaduje teploty minimálně 10krát, ale možná i 40krát vyšší.
Tento fakt souvisí s tím, že mezi deuteriem a heliem-3 působí silnější odpudivé elektrostatické síly než mezi dvěma jádry vodíku – a obě jádra se tedy musejí srazit mnohem větší rychlostí, aby se k sobě dostatečně přiblížila a zareagovala (jaderné síly jsou sice silné, ale mají velmi krátký dosah). To vyžaduje mnohem vyšší teplotu plazmatu, aby tento typ reakce probíhal hladce a dostatečně často.
Číňané zkouší pěstovat tabák v „měsíční půdě“
Teploty potřebné pro průběh termojaderných reakcí mohou být obecně značně vysoké, protože kladně nabitá jádra obsahující protony musejí překonat elektrostatický odpuzující efekt, aby se přiblížila na dostatečně malou vzdálenost a fúze mohla proběhnout.
Pokud bychom se měli dostat k takto vysokým teplotám o řádu stovek milionů stupňů Celsia, museli bychom nejdříve zvládnout práci s plazmatem o teplotách cca desetkrát menších, včetně průběhu jednodušších termonukleárních reakcí v něm. Jde tedy zatím o hudbu velmi vzdálené budoucnosti.
- Dosažení a udržení takových vysokých teplot je technicky náročné a vyžaduje složitá zařízení, jako jsou tokamaky (ITER), laserová zařízení pro jadernou fúzi (např. zařízení National Ignition Facility) nebo extrémně horká přirozená prostředí, jakými jsou nitra hvězd. Nutné teploty pro udržení termonukleárních reakcí s heliem 3 jsou minimálně o řád vyšší než teplota jádra Slunce, což představuje jednu z hlavních výzev pro dosažení řízené termojaderné fúze pro energetické účely. Jakmile však nějaké formy termonukleární fúze dosáhneme, získáme mnohem vydatnější a bezpečnější zdroje energie, než jaké máme doposud, včetně klasických štěpných jaderných elektráren.
Helium-3 má navíc i spoustu dalších důležitých aplikací, např. v jaderné fyzice a technice, v medicíně, také ve výzkumu supratekutosti.
Budoucí těžba na Měsíci v praxi, první lunární základny
Těžba nerostných surovin na Měsíci se zatím nachází ve velmi rané fázi projektů a příprav a doposud neexistují příliš konkrétní plány, kde a jaké suroviny v praxi těžit. Nicméně se jedná o zajímavou oblast výzkumu a rozvoje, která by mohla přinést nové možnosti pro lidskou společnost. Velkou část těžební i zpracovatelské činnosti by přitom musely vykonávat autonomní roboty nebo dálkově ovládané stroje (podobný precedens existuje kupodivu už i zde na Zemi, v klimaticky nehostinných pouštích Austrálie). A to ať už by šlo přímo o těžbu, dopravu surovin, jejich drcení a zpracování, nebo 3D tisk součástek strojů a staveb z vyrobených materiálů.
Je nutné stále vyvinout řadu speciálních technologií a detailně propracovat potřebnou měsíční infrastrukturu. V současné době v tomto směru rozvíjejí své plány státy jako USA, Rusko, Čína, Indie, EU, Japonsko, Jižní Korea a také řada soukromých firem.
První přistání lidí na Měsíci v rámci projektu NASA Artemis je naplánováno na rok 2025. Čína doufá, že dostane své tchajkonauty na lunární povrch do konce tohoto desetiletí. Později by zde měly vzniknout první měsíční základy obývané lidmi. A tak se nejspíše pomalu rozvine nový měsíční závod, v němž získá body ten, kdo mezi prvními rozjede těžbu a využití surovin na Měsíci.
Astronauti nosí Pradu. Obleky pro lunární misi Artemis navrhne italská značka
Měsíc může být až o 40 milionů let starší, ukazují vzorky z mise Apollo
