Việc phát hiện nước ở các cực của Mặt Trăng đã làm dấy lên suy đoán về khả năng xây dựng các thành phố, khu công nghiệp và những nơi con người có thể làm việc, sinh sống trên đó. Nhưng liệu Mặt Trăng có đủ nước và chúng ta có thể sử dụng nguồn nước này đủ hiệu quả hay không?
Trong bài viết mới trên tạp chí Frontiers in Space Technologies, tiến sĩ Martin Elvis và tiến sĩ Jonathan McDowell đã thực hiện các phép tính. Ngay cả với những ước tính lạc quan nhất về lượng nước sẵn có và hiệu quả tái chế, một thành phố có một triệu người cũng chỉ có thể tồn tại 100 năm trước khi toàn bộ nguồn nước cạn kiệt.
Trong bài bình luận khách mời này do Frontiers in Space Technologies cung cấp, Elvis phân tích những gì con người có thể và chưa thể làm với công nghệ hiện nay.
Việc phát hiện nước trong các miệng hố tối ở hai cực Mặt Trăng đã thúc đẩy một “cuộc đua lên Mặt Trăng” nhằm thiết lập các căn cứ, sau đó là làng, thành phố và các ngành công nghiệp nặng. Nhưng khó có thể nói là liệu cuộc đua này có bền vững hay không.
Không lâu sau khi Mặt Trăng hình thành, các tiểu hành tinh liên tục bắn phá bề mặt, tạo nên địa hình đầy miệng hố như ngày nay. Gần hai cực Mặt Trăng có hàng chục đáy hố chưa từng nhận ánh sáng Mặt Trời trực tiếp trong khoảng 4 tỉ năm. Nhiều “hố tối vĩnh viễn” này lạnh đến mức nhiệt độ dưới 110 kelvin, tương đương âm 262 độ F, tạo thành những “bẫy lạnh” nơi băng nước gần như không thể bay hơi quá 1 mm trong một tỉ năm, ngay cả trong môi trường chân không trên bề mặt Mặt Trăng.
Một số tiểu hành tinh từng mang nước đến Mặt Trăng. Từ năm 2013, các nhà khoa học đã biết lượng nước đó vẫn còn ở đây, có thể lên tới 1 tỉ tấn, nhờ một loạt sứ mệnh bay quanh Mặt Trăng đã ngày càng lập bản đồ chi tiết hơn các khu vực có khả năng chứa nước.
Sự hiện diện của nước tại các cực Mặt Trăng làm thay đổi hoàn toàn khả năng con người sinh sống và hoạt động tại đây.
Viễn cảnh xây dựng một “ngôi làng Mặt Trăng”, nơi con người có thể sống mà không cần đưa mọi thứ từ Trái Đất lên, trở nên thực tế hơn. Con người có thể tự trồng lương thực, tắm vòi sen và sử dụng nhà vệ sinh bình thường, thay vì những điều kiện hạn chế như các phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).
Khả năng này đã thúc đẩy tham vọng của những người như Jeff Bezos trong việc đưa ngành công nghiệp nặng lên Mặt Trăng và mục tiêu xây dựng “các thành phố tự phát triển” của Elon Musk. Đây là những viễn cảnh hấp dẫn, nhưng liệu chúng có khả thi?
Tin tốt
Có thể đưa ra một đánh giá sơ bộ về tính khả thi bằng cách xem xét lượng điện và nước mà một cộng đồng lớn sẽ sử dụng trên Mặt Trăng, cũng như thời gian một thành phố 100.000 hoặc một triệu người có thể duy trì hoạt động.
Tin tốt là năng lượng, ngay cả khi không sử dụng lò phản ứng hạt nhân, cũng không phải vấn đề. Nguyên nhân là tại những “hố tối vĩnh viễn”, các vành miệng hố gần như luôn được chiếu sáng bởi Mặt Trời. Vì vậy, chúng đôi khi được gọi, dù hơi thiếu chính xác, là “đỉnh ánh sáng vĩnh viễn”. Tại những khu vực luôn được chiếu sáng này, có thể tạo ra 3 gigawatt điện bằng những tháp cao hàng kilomet phủ các tấm quang điện.
Việc sản xuất tấm pin Mặt Trời ngay trên Mặt Trăng cũng có thể khả thi. Silicon chắc chắn có rất nhiều. Điều này thậm chí có thể mở đường cho các trung tâm dữ liệu AI trên Mặt Trăng, đặt gần những “đỉnh ánh sáng” này để tận dụng nguồn năng lượng dồi dào. Đây sẽ là bước khởi đầu cho một nền kinh tế Mặt Trăng thực sự.
Tin xấu
Tin xấu là ngay cả khi giả định ban đầu có tới 1 tỉ tấn nước, nếu không tái chế thì một thành phố chỉ có thể tồn tại vài năm. Ngay cả trong kịch bản tốt nhất, với hiệu suất tái chế nước 98% – mức mà Trạm Vũ trụ Quốc tế đã đạt được – một thành phố một triệu người cũng sẽ cạn nước chỉ sau hơn một thế kỷ. Đây là trở ngại lớn đối với việc xây dựng khu định cư bền vững trên Mặt Trăng.
Trong khi đó, những ước tính tốt nhất hiện nay về lượng nước trên Mặt Trăng chỉ bằng khoảng 1/30 con số 1 tỉ tấn, đồng nghĩa thời gian cạn kiệt nguồn nước cũng rút ngắn tương ứng. Điều này có nghĩa ngay cả một thành phố nhỏ cũng sẽ cạn nước chỉ sau khoảng một thập niên. Một ngôi làng với 1.000 người, hoặc một thị trấn 10.000 người, sẽ có thể duy trì trong vài thế kỷ hoặc lâu hơn.
Có một số giải pháp tiềm năng, ví dụ như nâng hiệu quả tái chế nước lên gấp 5 lần hoặc hơn; giảm lượng nước tiêu thụ bằng những kỹ thuật mới như canh tác theo chiều dọc; đưa nước từ nơi khác tới, có thể là từ các tiểu hành tinh dễ tiếp cận; hoặc đơn giản là tìm thêm nước ngay trên chính Mặt Trăng.
Trong số này, khả năng cuối cùng có thể là triển vọng nhất. Các kỹ thuật khảo sát nước hiện nay chưa thể tiếp cận sâu hơn vài mét dưới bề mặt, trong khi lớp đá vụn trên bề mặt Mặt Trăng thường dày hàng chục mét và có thể chứa nước trong các “bẫy lạnh”. Nếu muốn biến những kế hoạch đầy tham vọng của các tỉ phú không gian thành hiện thực, thì tìm thêm nước sẽ là bước đầu tiên.
Ảnh minh họa nghệ thuật về một căn cứ Mặt Trăng đang được xây dựng. Ảnh: NASA
Miệng hố Shackleton gần cực nam Mặt Trăng được cho là chứa lượng lớn băng nước dưới đáy luôn chìm trong bóng tối. Ảnh: NASA
