1902年的无声电影《月球旅行记》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的画面里，一群穿着像巫师的快乐“天文学家”登上月球，他们挤进一个巨大的炮弹，然后被一个巨大的加农炮发射出去。
当他们坠毁在目的地后，宇航员们进入了一个充满蘑菇的洞穴。他们被月球的昆虫人抓住，并被带到更深的地下——到月球居民国王的宫廷。但他们逃脱了，并匆忙将自己推回地球，途中还绑架了一个昆虫人，最后溅落在海里。
当然，我们不会通过字面意义上的“射击”将人类送往月球（或者至少不是直接这样做）。月球表面下也没有等待我们首次接触的生物。但那次旅行至少有一个方面是正确的：月球上有洞穴。
我们对它们还知之甚少，但我们已足够了解它们，足以使它们成为未来太空探险者的迷人目标。事实上，有一天，月球洞穴可能会成为我们的家园。它们可以为我们提供一个免受元素侵扰的庇护所，而这些元素会严重影响月球表面的居民，任务规划者们已经在策划考察活动，以便在我们古老的姊妹星球上安家。
如果我们要在月球洞穴里生活，最好先了解我们的家。地球上的许多洞穴是由侵蚀形成的，这在没有空气或流动水的月球上是不可行的。相反，月球洞穴是由火山形成的。
当炽热的熔岩喷发到更冷的地表时，外层会先冷却。当熔岩流的外壳硬化时，内部可以保持熔融状态，就像酥皮点心的馅料一样。或者，炽热的熔岩可以侵蚀周围的岩石，形成隧道。无论哪种方式，当剩余的熔岩排空后，就会留下一个空心的通道。科学家们称由此产生的洞穴为熔岩管。
我们在地球上也能找到熔岩管，在冰岛、济州岛和东非大裂谷等地质活跃的火山地区。大多数熔岩管最长也就一两英里，但并非所有都是如此。夏威夷大岛的Kazumura洞穴至少有40英里长，部分区域宽度超过65英尺。澳大利亚昆士兰州的Undara熔岩管蜿蜒超过100英里。
但当月球火山活跃时，它们的运作方式不同。“月球是一个极端环境，”布法罗大学的火山学家Tracy K.P. Gregg说道。“如果我们把[一座火山]放在月球上，我们会看到不同的景象……仅仅是因为这个极端环境。”
喷发到长达两周的月夜的极低温度中的熔岩会冷却得更快，这有助于熔岩管的形成。月球熔岩通常也比地球熔岩更稀，这使得它流动得更快。
两个世界之间的其他差异也会使月球洞穴与地球上的洞穴不同。例如，月球的引力只有地球的六分之一，这意味着其表面的物体结构不同，因为它们不必承受相同的拉力。月球洞穴也可能由比地球更坚固的建筑材料构成，因为许多月球岩石没有经历侵蚀的“奢侈”。
“没有水，”布朗大学的科学计算协调员David Blair说。“没有海洋……或河流……或雨水。因此[月球]岩石会更坚固，维持更长时间，并且更完整。”
综合这些因素，月球上的熔岩管可能甚至会比地球上最大的熔岩管还要大。当Blair在普渡大学读研究生时，他计算出了它们理论上可能有多大。他的研究表明，月球熔岩管的直径可能达到3英里，足以舒适地容纳曼哈顿岛。
Blair的研究表明，即使在阿波罗任务结束后半个世纪，我们仍然不真正了解月球熔岩管的能力。
“七十年代曾有一些有根据的猜测……但它们基于过时的月球材料知识，”Blair说。“尽管如此，人们几十年来一直在引用这些数字。”
尽管如此，科学家们还是能看到熔岩管可能留下的“指纹”。例如，月球表面有蜿蜒的沟壑，科学家称之为月沟。 （阿波罗15号于1971年曾降落在一条月沟中。）它们乍一看可能像河床，绵延数百英里——但同样，那里没有水。
关于月沟是如何形成的，目前还没有科学共识，但一种理论认为，它们最初是熔岩管，后来因为顶部坍塌而变成了沟壑。如果属实，那么观测结果确实支持了这一理论。“如果你相信月沟是坍塌的熔岩管，那么它们比地球上的熔岩管更长、更宽，”Gregg说。
正是得益于“辉夜”号探测器，科学家们才找到了更确凿的证据。“辉夜”号，一个正式名称为“月球探测器”的形状不规则的立方体，由日本宇宙航空研究开发机构于2007年发射，用于测量月球引力场和观测其表面。在被称为马里乌斯山（Marius Hills）的崎岖古老火山地貌上，“辉夜”号的一台相机捕捉到了一个不寻常的洞，大小与一架波音747飞机相当。
根据其阴影的角度，科学家们推断这个洞比它宽更深，这在很大程度上排除了它是撞击坑的可能性。尽管这个洞位于一个有过火山活动历史的地区，但它缺乏标志着火山喷发的证据，如飞灰或熔岩流。
这就留下了另一种令人着迷的可能性：如果这个洞实际上是一种通往地下洞穴的天窗，是由其顶部坍塌形成的呢？
科学家们迅速接受了后一种想法。“我认为[熔岩管]社区的每个人都对这些坍塌的坑……是地下熔岩管在地表的表现这一想法感到满意，”Gregg说。
不仅NASA的月球勘测轨道飞行器（LRO）在2011年重新访问了这个洞，它还发现了其他一些证据。研究人员现在已经确定了至少十几个这样的坑。在LRO之后几年，GRAIL任务发现了月球引力场至少有十处微妙的凹陷。研究人员认为这是地下洞穴的“指纹”，直径超过半英里。那将使它们成为熔岩管，而且确实比地球上的任何熔岩管都要大得多。
但科学家们还没有看到月球熔岩管内部的图像，在看到之前，他们无法完全确定它们的功能。“有多大，多长，多广——这还不清楚，”德国雅各布斯大学地质学家Angelo Pio Rossi说。
仅仅因为我们对此了解不多，并不意味着我们还没有准备深入探索它们。将月球熔岩管用作人类栖息地的想法并不是什么新鲜事；它至少可以追溯到20世纪80年代，这也是科学家们最初想要寻找熔岩管的主要原因。
但随着人类（如果一切按计划进行，将是永久性地）重返月球，这一想法迎来了新的热潮。
在月球表面生活，地下生活具有诱惑力——字面意义上的。如果你想住在月球表面，你将不得不面对太空抛来的各种危险。你将面临持续的小型流星体轰击，因为没有大气层它们不会燃烧殆尽。月球也缺乏足够强的磁层来过滤掉你将承受的辐射。而且那里的温度在白天可能高到足以烧开水，然后在夜间降至极低的温度。
另一方面，如果你选择住在洞穴里，你将获得一些内置的防护。在熔岩管中，由于头顶有一层岩石，你将免受太空石块和电离辐射的侵害。而且由于你远离持续变化的光照和阴影，你将不必过多担心剧烈的温度波动。
地下生活也可能让月球居民更容易获得地下冰的储存，冰是宝贵的水源。要低估这会使月球生活变得多么容易，是困难的；你将不必担心从地球运输重要水的昂贵开销。
但是，我们无法确定月球洞穴的真实情况。我们从未见过它们的内部。那么，除了确保温度和辐射水平足够安全之外，我们还需要了解什么呢？
“这有点像买房子，”Gregg说。“你不想买一个快要塌下来的房子。或者说，即使你买了，你也会带着这个认知去购买，然后先修缮它，再搬进去。”
首先，她说，你自然想确保你的家是稳定的。如果你在洞穴里建造东西会导致碎片掉落到你头上，那么住在洞穴里就没有意义了。地球上的熔岩管通常有薄而脆弱的顶部。它们的月球对应物理论上可能更厚实、更坚固，但我们现在还不能确定，而且每个洞穴都会有所不同。
其次，你希望确保有足够的空间舒适地生活，即使你的停留时间很短。“如果你一个人都站不直，你就不会派很多宇航员去住两个月，”Gregg说。同样，理论上存在足够大的月球洞穴，但我们还没有测量过任何一个。
但如果你能满足这些要求——从我们目前所知来看，没有任何迹象表明你不能——那么你就准备好了。“如果你能找到合适的管道系统，我认为它们将是人们容易居住的地方，”Gregg说。“这是月球上的预制住房。”
我们还不知道合适的管道系统是否存在，但在我们寻找地下月球家园之前，我们可以用次优选择来深入探索：机器人。事实上，探索这些洞穴“是NASA的下一个前沿领域之一，”喷气推进实验室（JPL）的研究员Ali Agha说。在过去的十年里，任务规划者们提出了许多关于自主探索熔岩管的方案。
但规划这样的地下任务需要克服少数太空探险者以前面临过的后勤障碍。你如何与一个不在地表的东西进行通信？你如何为一台不受阳光照射的探测器供电？你又如何真正到达那里？
2019年，欧洲空间局（ESA）发布了征集方案，使洞穴探索工作向前推进。五个不同的团队向ESA提交了计划，每个团队都用不同的想法解决了这些问题——系绳漫游车、机器人蜂群、重力测量仪。ESA现在已将这五个团队缩小到两个，并且他们目前正在进行更高级别的研究，其中两个团队正在研究一个联合任务的不同方面。
一个团队专注于如何进入熔岩管。他们的解决方案是使用起重机，将其固定在天窗的边缘，然后将漫游车降入洞穴。连接电缆可以作为漫游车的通信链路，为其供电，并允许它与地表及更远处的地球进行通信。
没有人曾在月球上部署过起重机，它将在较低的重力和不存在的大气层中以不同的方式运行。但除了这次任务，建造起重机也有其他原因。西班牙加利西亚维戈大学机械工程学教授、起重机团队成员Fermín Navarro说，这种建造技术对于建造未来人类基地至关重要。
这辆名为DAEDALUS 的漫游车是一个第二个团队的项目，他们设想DAEDALUS是一个球体。从未有过球形漫游车在另一个星球上运行，但这种形状特别有利于探索洞穴。球形漫游车可以从各个方向看到周围环境，包括它下方，而不会被它自己的车身阻挡。
“我们很快就达成了一个基本想法，即拥有一个可以在下降月球坑和地面工作的机器人单元，而不会因为漫游车的大肚子而牺牲可见性，”罗西说，他是一位地质学家，也是漫游车团队的成员。
当DAEDALUS穿过天窗下降时，它将开始对其周围环境成像。这不仅能让科学家一窥月球地下世界，还能告诉他们墙壁的稳定性和其中包含的材料。漫游车将使用激光雷达扫描洞穴，使其即使在黑暗中也能绘制洞穴地图并确定其空间大小。DAEDALUS还将携带传感器来测量温度和辐射。
重要的是，这只是一个概念研究。其成果距离真正发射还有很长的路要走。第一个障碍：几周内，ESA将根据其月球长期计划决定该概念是否值得继续推进。“如果可行，我们将继续，”Navarro说。如果一切顺利，这次ESA任务可能在2030年代初发射。
在此之前，地质学家可以通过研究地球上的熔岩管来估计我们可能期待什么。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——它们如何形成和生长——还可以测试他们有一天可能在其他星球上使用的设备。他们可以练习在狭窄且弯曲的环境中驾驶机器人，或者尝试在远离天空的地方为漫游车供电和与之通信。
例如，DAEDALUS团队以前曾在加那利群岛的兰萨罗特岛工作过。根据Rossi的说法，那里的洞穴是特别好的月球熔岩管类似物，因为那里的火山非常年轻，而且洞穴几乎没有土壤或植被。
在世界的另一端，机器人也在加利福尼亚州拉瓦贝德国家纪念碑的熔岩管中进行探测，作为NASA一个名为BRAILLE的项目的一部分，以寻找生命迹象。在这里测试的机器人建立在Team CoSTAR的工作基础上，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别的机器人——轮式、空中、履带式，”Team CoSTAR的负责人Agha说。
该团队成立是为了参加DARPA SubT挑战赛，这是一项正在进行的比赛，机器人需要在模拟的地下环境中导航，如隧道、地下城市和洞穴。但他们的希望远远不止于地球大气层，他们希望将在此次挑战中学到的知识应用于未来其他星球的任务。
特别是，Team CoSTAR的努力集中在自主性和人工智能方面。他们的技术有一天可能会让未来的洞穴机器人能够独立做出自己的决定，而无需依赖地面控制。这是有道理的：如果你的漫游车身处一个难以到达的地方，为什么不赋予它部分自主完成工作的能力呢？
NASA艾姆斯研究中心的研究员、BRAILLE项目负责人Jennifer Blank表示，漫游车很快就能自主绘制洞穴地图并进行探索。它们还可以自行挑选感兴趣的点——例如，冰层沉积或有潜力的栖息地。
一些人甚至在为洞穴生活做更长远的准备。在冰岛，一群学生希望建造一个模拟的月球熔岩管栖息地。ESA运行着一个名为CAVES的项目，该项目在洞穴中训练来自世界各地的宇航员。CAVES可以从多个方面使宇航员受益——狭窄的空间和孤立的隧道可以帮助宇航员为国际空间站的长期停留做好准备。
人们想要探索的不仅仅是月球洞穴——毕竟，熔岩管并非仅限于月球。类似的洞穴可能存在于水星、木星的卫星木卫一（Io）以及其他拥有类似地球熔岩的行星上。火星上确实存在熔岩管，并且也被提议作为人类栖息地。那些洞穴甚至可能曾经是——并且可能仍然是——火星生命的避难所。事实上，红色星球是Team CoSTAR和BRAILLE的最终目标。
但目前，月球是我们的下一个目标——尽管其洞穴的深处确实模糊不清，但随着一年年的过去，它们正变得越来越清晰。
